DE1773707C3 - Doppler-Träghelts-Navigationslage für Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Flugzeugs in bezug auf die Nordrichtung.

Die Antennenplattform 12 wird in einer horizontal

stabilisierten Lage mittels vertikaler Bezugssignale 65 gehalten, welche von einem Ausrichtungsdetektor 18

Die Erfindung betrifft eine Doppler-Trägheits-Na- bekannter Bauweise erhalten werden. Diese Ausrichvigationsanlage gemäß dem Oberbegriff des Haupt- tungssignah werden über Verbindungen 20 und 22 anspruchs. auf Ausricht-Servomotoren 24 und 26

Die Servomotoren 24 und 26 steUen Teüe einer ben. Das Azimut-Ausgangssignal wird über einen

Zwehahmen-Lagerung für die Plattform 12 dar, Verstärker 43 zur SteuerunTauf den Azhnutstelimo-

welche einen Schwenkrahmen 27 aufweut Die WeI- tor 28 iür den Tisch gegeben. Das KreLielausgangs-

len der Motoren 24 und 26 verlaufen jeweils parallel signal für die Ostachse wird über einen Verstärker 45

xor Quer- bzw. Langsachse des Flugzeugs. Fur prak- 5 zur Steuerung auf den Ostachsen-Stellmotor 38 für

asche Zwecke kann angenommen werden, daß sie den Tisch gegeben

mit der Quer- und Längsachse des Flugzeugs zusam- Der Doppler-Radarteil der Anlage ist scähemaAisch

menfallen. durch den Block 48 dargestellt, welcher durch die

Die Lagerung des Bezugstisches 14 auf der An- Leitung 50 mit der Antenne 10 verbunden ist Diese tennenplattform 12 weist einen Aziiinuteinstellinotor io Radaranordnung 48 erzeugt Ausgangssigmale, welche 28 sowie die Aufnahmevorrichtung 16 auf, deren eine genaue Anzeige der Geschwindigkeit V₆ des Statoren aneinander befestigt und auf der Antennen- Flugzeugs längs der Kursrichtung desselljen (d.h. plattform 12 angebracht sind. Die Rotoren dieser längs der Längsachse des Flugzeugs) und der Ge-Elemente sind miteinander an einer Welle befestigt, schwindigkeit V_ch darstellen, welche die Kompowelche einen Schwenkrahmen 30 trägt Zur Erzie- 15 nente der Flugzeuggeschwindigkeit quer zur Kurslung zusätzlicher Stabilität weist der Schwenkrahmen richtung angibt (d. h. parallel zu einer Richtung längs 30 auch ain seinem oberen Ende eine Schwenkverbin- der Querachse des Flugzeugs),
dung auf, welche in bezug auf die Antennenplattfonn Die Kurs- und Querkurssignale aus der Doppler-12 festgelegt ist Diese Schwenkverbindung am obe- Radaranordnung 48 werden auf einen Koordinaten-κη Ende und der obere Teil des Schwenkrahmens 30 » wandler 52 gegeben, welcher die Kurs- und Quersind jedoch zur Klarheit in der Figur weggelassen. kurs-Geschwindigkeitsinformation V_d„ und V_it Der Motor 28 dreht normalerweise den Schwenkrah- wandler 52 außerdem ein genaues Kurssignal H aus men 30 in Azimutrichtung, so daß die Anordnung (Doppler-Nord- und Doppler-Ost-Geschwindigkeides Schwenkrahmens 30 in einer allgemein auf der ten) umwandelt, wie an den Anschlüssen 53 und 51 Nordrichitung senkrecht stehenden Ebene aufrecht- 25 angegeben. Zu diesem Zweck muß der Koordinatenerhalten wird. wandler 52 außerdem ein genaues Kurssignal H aus

Auf dem Schwenkrahmen 30 sind koaxiale Wellen dem Kurs-Synchro 16 erhalten, welches bei 54 ange-

32 und 34 schwenkbar gelagert, welche direkt den geben ist.

Bezugstisch 14 unterstützen. Die Welle 32 kann die Der Kreisel 40 ist mit seiner Drehaclise 56 gegen Rotorwelle einer Synchro-Abtastvorrichtung 36 sein, 30 Norden gerichtet, nachdem die Anlage ins Gleichgederen Stator starr mit dem Schwenkrahmen 30 ver- wicht gekommen ist. Da ein Kreisel seine Lage im bunden ist. Die Welle 34 ist die Rotorwelle eines Raum stabil beibehält, muß der Kreisel, um die Motors 38, dessen Stator starr mit dem Schwenkrah- Drehachse 56 des Kreisels 40 in ihrer Nordrichtung men 30 verbunden ist. Die beiderseitige Achse der zu halten, durch ein Eingangssignal auf die Azimut-Wellen 32 und 34 wixd allgemein in einer Ost-West- 35 achse mit einem Drehmoment versehen werden, so Ausrichtung gehalten (welche nachfolgend einfach als daß die dauernde Drehung der Erde uad jede Ost-Ostachse bezeichnet wird), und der Motor 38 wird komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgegligewöhntich erregt, wie es erforderlich ist, um die chen wird, welche beide erfordern, daß die Dreh-Welle 34 und den Bezugstisch 14 so zu drehen, daß achse des Kreisels in ihrer absoluten Ausrichtung geder Tisch 14 in bezug auf die Ostachse horizontal ge- 40 dreht wird, um weiterhin nach Norden zu weisen, halten wird, auch wenn die Antennenplattfonn 12 Diese Drehmoment-Korrektursignale um die Asimutnicht genau horizontal gehalten wird. achse werden über einen Leiter 58 auf den Drehmo-

Die am Bezugstisch 14 befestigten und von diesem menteingang »ΖΓ« des Kreisels 40 gegeben. Diese getragenen Träj*heits.fühler weisen einen zweiaxialen Signale werden von einer geeigneten Korrekturschal-Kreisel 410 mit zwei Freiheitsgraden und einen zwei- 45 rung 62 über eine Addierschaltung 60 geliefert. In achsigen Beschleunigungsmesser 42 auf. Der Kreisel gleicher Weise muß der Kreisel 40 ständig mit einem 40 spricht auf Drehverlagerangen um eine vertikale Drehmoment um seine Ostachse mittels einer zur Achse (nachfolgend manchmal auch als Azimut- Nordgeschwindigkeit des Flugzeugs proportionalen oder »Z«-Achse bezeichnet) und auf Drehverlage- Funktion versehen werden, um die Nord-Süd-Krümrungen um eine Ostachse an, wie symbolisch durch 50 mung der Erde auszugleichen und den Tisch 14 um die Vektoren bei 44 angedeutet. Der Beschleüni- die Ostachse horizontal zu halten. Diese Korrektur gungsmesser 42 spricht auf Beschleunigungen längs wird über einen Leäier 64, eine Addierschaltung €6 der Nordachse und auf Beschleunigungen längs der und einen Leiter 68 von einer Kreiselkompaßsteuer-Ostachse an, wie symbolisch durch die Vektoren bei schaltung 76 auf den Ost-Drehmomenteingang »ET« 46 dargestellt ist. 55 des Kreisels 40 gegeben. Wie oben erwähnt, wird der

Der Beschleunigungsmesser 42 gibt Signale an Tisch 14 um die Azimutachse und die Ostachse in

Ausgangsklemmen für Nordbeschleunigungen und Abhängigkeit von Ausgangssignalen bei PZ und PE

Ostbeschleunigungen ab, welche in der Figur jeweils aus dem Kreisel 40 mittels der Verstärker 43 und 45

mit »N« und »E« bezeichnet sind. Die Verwendung und der Stellmotoren 28 und 38 gehalten,

dieser Beschleunigungsmessersignale in der Anlage 60 Solange der Tisch 14 und der Kreisel 40 mit dei

wird weiter unten näher beschrieben. In gleicher Kreiselachse 56 in der wahren Nordrichtung ausge

Weise erzeugt der Kreisel 40 Abtast-Ausgangssignale richtet sind, ist die Ostachse in der wahren Ostrich-

für Drehverlagerungsfehier um die Azimutachse und tung ausgerichtet, und die Ost-Eingangsachse ist da

um die Ostachse, wobei die Ausgänge jeweils mit her für Ost-Geschwindigkeitskomponenten umemp

»PZ« und »PE« bezeichnet sind. Drehmoment-Ein- 65 findlich. Daher genügt der reguläre Nord-Geschwin

gangssigiiale werden auf den Kreisel 40 für Drehunr digkeitsausgleich durch die Schaltung 76, um dei

gen um die Azimutachse und die Ostachse an den je- Tisch 14 um die Ostachse ausgerichtet zu halten

weiligen Eingangsklemmen »ZT« und »ET« gege- ohne daß eine Korrektur aufgrund von Ost-Ge

schwindigkeitskomponenten infolge der Erddrehung oder einer Ostgeschwindigkeitskomponente 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-Süd-Komponente, welche auf die mißweisende Ost-Eingangsachse des Kreisels 40 gegeben wird. Daraus ergibt sich eine anscheinende Nord-Geschwindigkeitskomponente infolge der ostwärts verlaufenden Dr'hung 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 £T-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 Ostachsen ergibt ein Schwerkraftsignal auf der Nordachse des Beschleunigungsmessers 42.

Das Nordachsensignal am Beschleunigungsmesser erscheint an der »iV«-Klem>ne des Beschleunigungsmessers und wird über die Verbindung 72 auf eine Addierschaltung 74 innerhalb der Kreiselkompaßsteuerschaltung 76 gegeben. Das Nordachsen-Signal des Beschleunigungsmessers besteht ans 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, welche ein der Geschwindigkeit entsprechendes Signal erzeugt. Dieses kann als durch Trägheit bestimmte Nordgeschwindigkeit V_1n bezeichnet werden. Der Ausgang V_1n des Integrators 77 wird auf eine Vergleichsschaltung 78 gegeben. Über eine Verbindung 80 wird die Nord-Dopplergeschwindigkeit V_in 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-Schwerkraftsignal 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 des Tisch 14 wieder auszurichten und die Drehachse 56 des Kreisels 40 in die wahre Nordrichtung zurückzubringen. Das bei 82 auftretende Fehlersignal wird außerdem über einen Zweig, welcher men 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

xo 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.

is Das Fehlersignal 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 »Co-

•o rioIis«-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

se 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 Ost-Beschleunigungsmessers besteht aus einer Kombination von Signalen aufgrund der tatsächlichen Ostachsen-Beschleunigungen des Flugzeugs mit einem Schwerkraftausdruck aufgrund der Kippung des Tisches 14 um die Nordachse. Die Vergleichsschaltung 110 ist an eine Verbindung 111 angeschlossen, empfängt das Doppler-Ostgeschwindigkeitssignal V_ie vom Koordinatenwandler 52 und subtrahiert das Doppler-Ostge-

schwindigkeitssignal von dem vom Integrator 108 empfangenen integrierten Signal. Das Differenzsignal am Ausgang 112 der Vergleichsschaltung 110 stellt denjenigen Teil des Ausgangs des Integrators 108 dar, welches auf einer Schwerkraftsignalkomponente

aus dem Ost-Beschleunigungsmesser beruht, und stellt daher einen zur Kippung des Tisches 14 um die Ncrdachse proportionalen Ausdruck dar. Da der Tisch 14 keinen Rahmen aufweist, welcher eine Drehung um die Nordachse gestattet, stellt dieses Signal

auch die Kippung der Plattform 12 um die Nordachse dar. Dieses Fehlersignal wird im Verstärker 114 verstärkt und an der Verbindung 116 zu der Eingangsaddierschaltung 106 zwecks Stabilisierung der Anlage rückgekoppelt Das Signal an der Verbin-

dung 116 wird außerdem über geeignete Verstärker 118 und 120 geleitet, welche das Fehlersigaal in Ausdrücke umwandeln, welche in geeigneter Weise der erforderlichen Kippkorrekrurfunktion an der

7 8

Verbindung 126 entsprechen. Der Ost-Beschleuni- von den Nick- und Rollbewegungen des Flugzeugs gungsmesserausgang wird bezüglich Coriolis-Fehlern erzeugten Drehmomente vollständig ausreichend, um mittels einer geeigneten, schematisch bei 122 darge- die Schwenkrahmen bezüglich des Rumpfes zu drestellten Schaltung korrigiert, welche die Addierschal- hen. Daher beeinflussen gewöhnlich Bewegungen des tung 106 speist. 5 Fahrzeugs die Ausrichtung der Drehachse bezüglich

In Fig.2 ist schematisch eine äußere Vertikalerir der Vertikalen nicht. Jedoch verursachen die unverbezugsanordnung 210 zur kontinuierlichen Lieferung meidliche Auswanderung des Kreisels und unausgevon Horizontalenstabilisierungsdaten zur Antennen- glichene Winkelgeschwindigkeiten infolge der FaSrplattförm 12 dargestellt. Obwohl es zur größeren zeugbewegung um die Erde, daß die Drehachse von Klarheit weggelassen ist, ist klar, daß die Plattform to der Vertikalen abweicht, und daher müssen geeignete 12 in Fig.2 die Dopplerantenne 10, den ringförmi- Einrichtungen vorgesehen werden, um den Kreisel gen Schwenkrahmen 30 und die Trägheitsplattform kontinuierlich wieder auszurichten. Da der Ausricht-14 gemäß Fi g. 1 stützt. Daher ist das in der Leitung schalter nur für die anfängliche Aufrichtung verwen-54 (Fig. 1) verfügbare Kurssignal in Fig.2 auf der det und nachher abgeschaltet wird, wird das obige Leitung 54a dargestellt. In gleicherweise werden das 15 Erfordernis erfüllt, indem Vertikalenkorrekturdaten Ostachsen-Abweichsignal und das Nordachsen-Ab- von der Kurs- und Trägheitsbezugsanordnung zur weichsignal in Fig. 2 jeweils als Vertikalenfehlersi- kontinuierlichen Erregung der Schwenkrahmengnale in den Leitungen 200 und 201 geliefert. Gemäß Drehmomenterzeugern 215 und 216 während des nor-Fig. 1 enthält die Leitung 200 elektrische Informa- malen Betriebs der Anlage erzeugt werden. Diese tion, welche kontinuierlich durch die Abtasteinrich- »» Korrektursignale werden in der in Fig.2 gezeigten tuug 36 entsprechend der Horizontalenabweichung Schaltung in einer nachfolgend näher zu erläuternden der Plattform um die Ostachse £ geliefert wird, wäh- Weise erzeugt.

rend die Leitung 201 das Kippfehlersignal enthält, Am Schwenkrahmenaufbau des Kreisels 210 ist

welches durch Bewegung des Tisches 14 um die ein Paar von üblichen Synchrogebern 222 und 220 Nordachse bei 116 in Fig. 1 bewirkt wird. Gemäß »5 angeordnet. Der Synchrogeber 220 ist mit seinem Fig.2 werden die Vertikalenfehlersignale in den Stator starr mit dem äußeren Schwenkrahmen 218 Leitungen 200 und 201 zusammen mit dem Kurs- verbunden, während sein Rotor oder seine Meßwelle signal in der Leitung 54 a als Eingänge auf einen direkt mit dem inneren Schwenkrahmen 214 längs Koordinatenwandler 52 a gegeben, welcher in glei- einer gemeinsamen Achse gekoppelt ist, welche die eher Weise wie der Wandler 52 (Fig. 1) arbeitet. 30 Abtriebswelle des Schwenkrahmen-Drehmomenter-Das bedeutet, daß die Signale in den Leitungen 200 zeugers 216 enthält. In gleicher Weise ist der Syn- und 201, welche ein Maß für die Ausrichtung der chrogeber 222 an der Rumpfstütze 225 starr befestigt Plattform 12 in einem Nord-Ost-Koordinatensystem und ist mit seiner Meßwelle direkt mit dem äußeren darstellen, mit ihren Koordinaten um den äugen- Schwenkrahmen 218 längs einer gemeinsamen Achse blicklichen Kurswinkel des Flugzeugs gedreht wer- 35 gekoppelt, welche die Abtriebswelle des Schwenkden. Infolgedessen erzeugt der Wandler 52 a Aus- rahmen-Drehmomenterzeugers 215 enthält. Daher gänge in den Leitungen 202 und 203, welche die tastet der Synchrogeber 220 die Drehungen des inneaugenblicklichen Abweichungen der Plattform 12 ren Schwenkrahmens 214 ab, welche auf Nickbewevon der wahren Horizontalen bezüglich der Nick- gungen des Flugzeugs beruhen, und der Synchrogeachse bzw. Rollachse des Flugzeugs angeben. 40 ber 222 tastet die Drehungen des äußeren Schwenk-

Die Vertikalenbezugsanordnung 210 weist einen rahmens 218 ab, welche direkt auf den Rollbewebekannten, billigen Vertikalkreisel auf, welcher nahe gungen des Flugzeugs beruhen. Die Synchrogeber der Kurs- und Trägheits-Bezugsanordnung angeord- wandeln diese Bewegungen in entsprechende elektrinet ist Wie schematisch angedeutet, hat dieser Krei- sehe Signale um, und infolgedessen wird ein Signal sei zwei Freiheitsgrade der Verstellung, und seine 45 entsprechend dem augenblicklichen Nickwinkel des Drallachse ist normalerweise auf die örtliche Verti- Flugzeugs gleichzeitig auf die Leiter 251 und 261 kale ausgerichtet, wobei jede seiner Abgriffachsen je- und ein Signal entsprechend dem augenblicklichen weils parallel zur Nickachse bzw. Rollachse des Rollwinkel des Flugzeugs gleichzeitig auf die Leitun-Fahrzeugs ausgerichtet ist Mit anderen Worten, die gen 253 und 263 gegeben.

Welle 211 der Kreiselscheibe 212 ist vertikal drehbar 50 Die Leitungen 261 und 263 sind direkt mit den an einem inneren Schwenkrahmen 214 gelagert, wel- Synchroempfängern 21 und 23 am Schwenkrahmencher, wenn er sich frei drehen könnte, um die Nick- aufbau der Antennenplattfonn verbunden. Die Synachse des Fahrzeugs drehen würde. In gleicher chroempfänger 21 und 23 sind bekannte Empfänger Weise ist der innere Schwenkrahmen 214 drehbar an und sind in Arbeitsverbindung mit dem ringförmigen einem äußeren Schwenkrahmen 218 gelagert, welcher 55 Schwenkrahmen 27 gegenüber jedem Servomotor 24 sich um die Rollachse des Fahrzeugs frei drehen bzw. 26 angeordnet Der Synchroempfänger 21 ist kann. Der ganze Schwenkrahmenaufbau ist über ein mit seinem Stator an einer Stütze 25 starr befestigt Paar von Stützen 225 am Rumpf oder Rahmen des und mit seinem Rotor direkt mit dem ringförmigen Fahrzeugs in geeigneter Weise befestigt Schwenkrahmen 27 gekoppelt In gleicher Weise ist

Ein bekannter, auf Schwerkraft ansprechender 60 der Synchroempfänger 23 mit seinem Stator am Ausrichtschalter 213 ist am inneren (Nick-)Schwenk- Schwenkrahmen 27 starr befestigt and mit seinem rahmen 214 zur anfänglichen schnellen Aufrichtung Rotor direkt mit der Abtriebswelle 29 der Plattform des Kreiselrotors angebracht Die nicht gezeigten gekoppelt, deren eines Ende im Schwenkrahmen 27 Ausgänge des Schalters werden direkt auf ein Paar drehbar gelagert ist und deren anderes Ende an der von Schwenkrahmen-Drehmomeizn 215 und Ss Plattform 12 starr befestigt ist Die vom Servomotor 216 gegeben. Da das Drallmoment der Kreisel- 26 and vom Synchroempfänger 21 gebildete gemeinscheibe 212 ziemlich groß ist and die Schwenkrah- same Achse fällt für alle Aufgaben and Zwecke mit menlager eine sehr geringe Reibung besitzen, sind die der Rollachse des Flagzeegs en, während das

gemeinsamen Achse einerseits und Flugzeugs andererseits ge^^dSfcSS.S die obige Anordnung kann die augenblickliche Laie der Plattform 12 in den Synchroempfängem mitdlr von der äußeren VertikalenbezugsanordS meue ten Roll- und Nickinformation elektrisch 2 werden, und dieser Vergleich kann zur ErzfuouSa von geeigneten Fehlersignalen für die Erregung von Servomotoren 24 und 26 verwertet werden _m"fwelchen die Synchroempfänger verbunden sind so daß eine geschlossene Schleife für einen dieSsSluna nachführenden Servomechanismus gebildet wird Da her vergleicht der Synchroempfänger 23 die elektri sehe Nickinformation in der Leitang 261 mi dem augenblicklichen Nickwinkel der Plattform 12 wobS der letztere durch die Stellung der Welle 29 (F i e 11, dargestellt wird, und erzeugt ein Feblersignal, wel ches d,e Differenz zwischen diesen Informationen angibt. Dieser Lagefehler oder dieses Differenzsignal wird sodann längs eines Leiters 20 zur Erregune des Servomotors 24 weitergeleitet, welcher ansprich?, indem er die Plattform 12 in der erforderlichen Riehtung dreht, so daß eine genaue Entsprechung zwischen dem von dem Synchrogeber 220 gemefsenTn N,ckwmkel des Flugzeugs und dem vom Synchroempfänger 23 gemessenen Nickwinkel der Plattform 12 erzielt wird. In diesem Zeitpunkt wird das FeW™

signal in der Leitung 20 NuU, und die Plattform 12 ht rn bezog auf d.e Nickachse des Flugzeugs horizontal stabilisiert. In genau der gleichen Weife verlieh der Synchroempfänger 21 die elektrischen RoEn Z ΐ, t^ei^^g r^{263 mit dem au}genblicklichen Roll

winkel der Plattform 12 und erzeugt ein FehlersSal zur Aufgabe auf den Servomotor 26 über den S 22. Der Servomotor treibt den Schwenkrahmen 27

^,h^IS u ^Ro"?^{inkel des} »eueren mit dem vom Sj-nchrogeber 222 gemessenen Rollwinkel übereuv

SL^Wo^a"^{f daS Fehle}™&* Null wird und d"e

" i^{n beZUg auf die R}o"achse horizontal wird.

T ^der ^^{561 210 sodann ei}«e ge-S IiXn ^bevr⁸,^{SanOrdnung zur} kontinuierli-

chen Lieferung von Nick- und Rolldaten auf welche

tungen 24 und21

SS?^ ^W°^{bd die let2terCl Abhan}Pgkeit von den Vertika

^mo$^lchs} ^{klein zu} machen oder gar auszudem S'a *" ⁵W* ^voneinand« getrennt, inha? ^Atlsg^ange der Synchroempfänger 21 und 23

to 212 *ϋίΤ'^ϊηρ "? ^{über Scna}ltungswege 230 und S? Ϊ? Summierpunkte 234 bzw. 236 gegeben wer-„j μ w Tf ^s"^{e von den} entsprechenden Roll"^{nd N}'^ckfeWerausgängen des Wandlers 52a subtram/r - TT ^Sy^nchr°empfänger-Ausgänge direkt ein

,« Tut . u *^Rausch«- oder dynamischen Fehler M ' ΤΪ?* ^{VOn den} entsprechenden Servomotoren fe™S· .^^i ^Werden' ^treten '"folgedessen EMf-Sf if^Slgnale "^{n de}n Leitungen 238 und 240 auf, ^Sh KJi ", ^rtikalkreisel-Ausrichtfehlem be-

_M Letrn 238 ^H^Ü^f^Se entsprechen. Die in den her 2 Vr^ i?⁴⁰.^ve,^rfüg^baren Signale können da- !!Lf ^^^^reisel-Korrektursignale verwendet

bzw 24«"-^ " ^" ^{Über Schaltun}g^sweg^e ™ Si T ^Su.^mmisrP«nkte 250 bzw. 252 gegeben.

„ Sn H ^ ⁵^ ^a!g^ebrais^ mit den Ausgangssi-SriS, J ^SF?^TO^ 220 and 222 des Vertikal- 251 uld 2^1 ^ .^{Wekhe Über die} Verbindungen Sn Sv ^ ^z"g^efuhrt werden. Da die letztgenann-MckS^chro8^eberausgänge ein Maß für die augensä Sh T *?\™* Nickwinkel des Flugzeugs zü5 i^^^^'-Ausrichtfchlen^bezüglich ^Nickfi» ^enthalten, enthalten die Diffe-

' Γ^ ^{jeweils auf den Leih}>ngen 256 " ^u ^Aus&ⁿ&" der SumnnerpuL· 250

auLw^{: 2}*^T?^hem™> «ets lediglich Angaben der S_s M _t ^ ^Ro11- ^{UI)d N}^winkel des Flug-SPwL Si*™^{3 Worten}' Pehlcrsignale, welche deT au? J|^kali^reisel-Ausrichtfehler entsprechen, wer-Fehler La ^Κ™**^{1 negativ} ^gekoppelt, «·" den

SStier?nd ⁸^^{8 des} '^teren auszuschalten. Die t?on S _nP τ f*™ ^{genaue Nick}" ^und Rolünforma-Jon '"^den jungen 254 und 256 kann daher direkt

5ί^^ ^dCS ^"^^ ^geg^{eben werden}' ^{BIock 260} angedeutet

von der Schleifen rück-

-~^^,,_Β a»>_ltcu am, da bestimmte Fehler ™ ic

vermeidhch innerhalb der oben beschriebenenCr" :-_hI^i — nchömg erzeugt werden. Das bedeutet^loL^" ******* Erddrei daß Fehlersignale in den LeitangS^mÄ^ ^S«*w.ndigkeits-K

welche von,

apszugleichen, können znünd Fahrzeuggezu diesen Drch-267 257

Rückkopp-

hingsschleifen weisen die Kreiselsynchroausgänge in niigend horizontal, damit ein normaler Betrieb der den Leitungen 251 und 253 unter Gleichgewichtsbe- Anlage begonnen werden, kann,
dingungen extrem genaue Angaben des Nick- und Wenn die Kurs- und Trägheitsbezugsanlage einge-Rollwinkels des Flugzeugs auf und halten darüber schaltet wird, mißt sie unmittelbar die Abweichungen hinaus diese Genauigkeit über lange Zeit aufrecht. 5 der Antennenplattform von der Horizontalen und er-Daher erregen die Vertikalenbezugssignale aus dem zeugt entsprechend Fehlersignale. Diese Fehlersi-Kreisel 210 kontinuierlich und genau die Schwenk- gnale werden nach Koordinatenumwandlung im rahmenservoeinrichtungen der Antenne über die Wandler 52 α unmittelbar mit den Synchroausgangs-Synchroempfänger der letzteren, so daß die Platt- Signalen der Antennenplattform verglichen, so daß die form 12 in bezug auf Nick- und Rollachse genau sta- io Ausrichtfehlerkomponenten des Vertikalkreisels um bilisiert gehalten wird. Darüber hinaus erzeugen ir- Nick- und Rollachse abgetrennt werden. Da die letzgendwelche äußeren Störungen, welche die Anlage teren nunmehr geeignete Korrekturausdrücke daraus dem Gleichgewicht zu bringen suchen, wie bei- stellen, welche nur dem Ausrichtfehler des Vertikalspielsweise die willkürliche Auswanderung des Krei- kreiseis entsprechen, können sie von den Synchrosels, geeignete Fehlersignale in den Leitungen 200 15 ausgängen des Vertikalkreisels subtrahiert werden, so und 201, welche die Anlage augenblicklich wieder in daß unmittelbar in der offenen Schleife Nick- und das Gleichgewicht zurückzubringen suchen. Rollsignale hoher Genauigkeit für eine Verwertung Faßt man die Wirkungsweise der erfindungsgemä- an anderer Stelle im Flugzeug erzielt werden. Außerßen Anlage zusammen., so wird die Drallachse des dem können diese gleichen Korrektursignale gleich-Kreiselrotors des Vertikalkreisels anfänglich schnell ao zeitig auf den Kreisel über eine geschlossene Schleife in die örtliche Vertikale durch die Wirkung der aus- rückgekoppelt werden, so daß eine kontinuierliche richtvorrichtung 213 und der Schwenkrahmen-Dreh- Präzession der Drehachse des letzteren in Gang gemomenterzeuger 215 und 216 des Kreisels aufgerich- setzt und dadurch die Drehachse in stationärer Austet. Da dies nur eine grobe Einstellung ist, geben die richtung bezüglich der örtlichen Vertikalen trotz der Signalausgänge der Kreiselschwenkrahmen-Synchro- as unvermeidlichen willkürlichen Kreiselauswandegeber 220 und 222 die augenblicklichen Roll- und rungsgeschwindigkeit gehalten wird. Um die Neigung Nickwinkel des Flugzeugs sowie einen Fehler in der des Kreisels, allmählich Fehler anzuhäufen, zu übervertikalen Kreiselausrichtung wieder. Es werde vor- winden, dämpft die Wirkung der geschlossenen erst angenommen, daß die Trägheitsplattform 14 Schleife das Ansprechen des Vertikalkreisels oder, nicht aktiviert ist. Sodann werden diese verfälschten 30 mit anderen Worten, wandelt den Kreisel in ein FiI-RoIl- und Nicksignale durch die Wirkung der Syn- ter- oder Glättungselement um, welches eine ausgechrogeber der Antennenplattform und die Schwenk- zeichnete langzeitige Genauigkeit der Kreiselsynchrorahmen-Servoeinrichtungen weitergegeben, bis eine ausgänge gewährleistet, wenn die Drehachse einmal grobe Ausrichtung der Antennenplattform und daher in die Vertikale aufgerichtet ist. Die korrigierten der Kurs- und Trägheitsplattform 14 erreicht ist. Ob- 35 Nick- und Rollausgänge des Kreisels können nunwohl zu diesem Zeitpunkt die Plattform 12 kurzzeitig mehr in stationärem Betrieb verwendet werden, um in einer aus der wahren Horizontalen herausgekipp- die Schwenkrahmenservoeinrichtungen der Antenten Stellung zur Ruhe kommt, wobei sie um einen nenplattform in Abhängigkeit von Bewegungen des Betrag herausgekippt ist, welcher gleich der Summe Flugzeugs kontinuierlich anzutreiben, und die Antender Fehler in der Ausrichtung des Vertikalkreisels *o nenplattform behält eine horizontale Lage bei, welche und der Fehler der Schwenkrahmen-Servoeinrichtun- durch die Ausrichtung des Vertikalkreisels auf die gen der Antennenplattform ist, ist die Plattform ge- örtliche Vertikale genau bestimmt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Derartige Navigationsanlagen weisen den grund- Patentanspriiche: sätzlichen Vorteil auf, daß sich ihre Genauigkeit auf grund des Doppler-Radarteils nicht im Laufe der

1. Doppler-Trägheits-Navigationsanlage für Zeit verschlechtert und daß sie wegen des Trjigheits-Luftfahrzeuge mit zwei sich gegenseitig stützen- 5 teils gleichzeitig auf hochfrequente Schwankungen den Trägheitseinrichtungen, von denen eine ein ansprechen.

Vertikalkreisel ist, dadurch gekenn- Aus der USA.-Patentschrift 3 167763 ist eine Na-

zeichnet, daß die andere Trägheitseinrichtung vigationsanlage mit einem Doppler-Radarteil und eine in der Nähe des Vertikalkreisels (210) an- einem Trägheitsteü bekannt, wobei der Trägheitsteil geordnete horizontal stabilisierte Plattform (12), io zwei sich gegenseitig stützende Trägheitseinrichtundie die Doppler-Radar-Antenne (10) trägt, sowie gen tunfaßt, von denen eine ein Vertikalkreisel ist einen auf der Plattform (12) angeordneten stabi- Die andere Trägheitseinrichtung besteht bei der belisierten Tisch (14) mit Trägheitsdementen (40, kannten Anlage aus einem Kardansystem mit einem 42) umfaßt, daß die Navigationssignale der be- horizontal gelagerten Rotor, der insbesondere zur sagten anderen Trägheitseinrichtung übsr einen 15 Aufrichtung des Veitikalkreisels dient
Koordinatenwandler (52 β) und Summierschal- Aus der USA.-Patentschrift 3 068 706 ist eine tungen (234, 236) den Stellgliedern (215, 216) Trägheits-Navigationsanlage bekannt, bei der in ähndes Vertikalkreisels (210) zugeführt, die Aus- lieber Weise ein Horizontal- und ein Vertikalkreisel gangssignale der Stellungsgeber (220, 222) des zur gegenseitigen Stabilisierung verwendet werden.
Vertikalkreisels (210) zur horizontalen Ausrich- ao Von diesem Prinzip der gegenseitigen Stützung tung der Plattform (12) verwendet und die Aus- durch zwei Trägheitseinrichtungen ausgehend, liegt gangssignale der Stellungsgeber (21, 23) der der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausrich-Plattform (12) auf die Summierschaltungen (234, tung der Radar-Antenne einer Doppler-Trägheits- 236) rückgekoppelt werden. Navigationsanilage durch Verwendung eines relativ

2. Navigationsanlage nach Anspruch I, da- «5 billigen, ± h. an sich wenig genauen, Vertikalkreisels durch gekennzeichnet daß der Tisch (14) auf der zu steigern und dadurch die Genauigkeit der gesam-Plattform (12) um die Azimut- und die Ostachse ten Navigationsanlage weiter zu erhöhen. Diese Aufdrehbar kardanisch gelagert ist daß die auf dem gäbe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Tisch (14) angeordneten Trägheitselemente ein Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsge-Kreiselgerät (40), dessen Meßachsen in der Azi- 30 mäße gegenseitige Kopplung der die Radar-Antenne mut- und der Ostachse ausgerichtet sind, sowie tragenden Trägheitsplattform und des Vertikalkreiein Beschleunigungsmeßgerät (42), dessen Meß- sels wird also erreicht, daß einerseits die langzeitige richtungen in Nord- und Ostrichtung weisen, um- Genauigkeit der Navigationsanlage gesteigert wird fassen und daß elektrische Schaltungen (76, 104) und daß andererseits auch der verhältnismäßig "invorgesehen sind, in denen die vom Beschleuni- 35 fache Vertikalkreisel außerordentlich genau wird,
gungsmeßgerät (42) gemessenen Nord- und Ost- Die Erfindung wird in der nachstehenden Bebeschleunigungen integriert und mit den von der Schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels Doppler-Radar-Vorrichtung (48) übe» einen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Koordinatenwandler (52) zugeführten Nord- und Zeichnungen zeigt

Ostgeschwindigkeiten verglichen werden. 40 Fig. 1 eine teils perspektivisch teils in Blockform

3. Navigationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, ausgeführte schematische Darstellung einer Doppgekennzeichnet durch Summierschaltungen (265, ler-Trägheits-Navigationsanlage und

267) zur Korrektur der den Stellgliedern (215, Fig.2 eine schematische Darstellung der erfin- 216) des Vertikalkreisels (210) zugeführten Navi- dungsgemäßen Anlage mit den gegenseitigen«,Verbingationssignale entsprechend der Erddrehung und/ 45 düngen zwischen der in F i g. 1 gezeigten Doppleroder der Fahrzeuggeschwindigkeit. Trägheits-Navigationsanlage und einer Vertikalen-

4. Navigationsanlage nach einem der an- Bezugsanordnung.

Sprüche 1 bis3, gekennzeichnet durch Summier- In Fig. 1 ist eine Doppler-Trägheits-Navigationsschaltungen (250, 252), die die am Ausgang der anlage mit einer Doppler-Radar-Antenne 10 darge-Summierschaitungen (234, 236) auftretenden Na- 50 stellt, die auf einer horizontal stabilisierten Plattform vigationssignale von den Ausgangssignalen der befestigt ist. Auf der Plattform 12 ist mittels einer Stellungsgeber (220, 222) des Vertikalkreisels Zweirahmen-Lagerung ein Bezugstisch 14 für die (210) subtrahieren und den jeweiligen äugen- Trägheitselemente der Anlage angeordnet. Die Anblicklichen Roll- und Nickwinkeln des Luftfahr- lage einschließlich der Trägheitselemente bewirkt, zeugs entsprechende Ausgangssignale erzeugen. 55 daß der Tisch 14 dauernd im Azimut kreiselkompaß-

5. Navigationsanlage nach einem der An- gesteuert wird, so daß er nach Norden ausgerichtet Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in bleibt, während die Antennenplattform 12 mit der die Leitungen (242, 244) zur Zuführung der Na- Längsachse des Flugzeugs ausgerichtet bleibt. Ein vigationssignale zu den Stellgliedern (215, 216) Aufnahmewandler 16 mißt dauernd den Winkel zwides Vertikalkreisels (210) Dämpfungsglieder 60 sehen der Plattform 12 und dem Tisch 14. Das erhal- (246, 248) eingeschaltet sind. tene Signal ist ein genaues Maß für den Kurs des