DE2006026A1 - Einrichtung zum Ausrichten einer krei selstabihsierten Tragheitsplattform - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Ausrichten einer kreiselstabilisierten Trägheitsplattform.
• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausrichten einer kreiselstabilisierten Trägheitsplattform mit einem Azimut-, einem Nord- und einem Ostkreisel sowie Beschleunieungsmessern fUr Nord-, Ost- und Vertikalbeschleunigung, bei welcher auf einen Momentengeber des Ostkreisels ein Signal nach Maßgabe des Ausganges des Nord-Beschleunigungsmessers geschaltet ist.
• Bei einer kreiselstabilisierten Trigheitsplattform wird bekanntlich durch drei Kreisel mit drei zueinander senkrechten Eingangsachsen die Orientierung der Plattform im Raum oder zur Erdoberfläche konstant gehalten. Eine Abwaichung der Plattform von der vorgegebenen Lage um eine der drei Achsen bewirkt ein Signal .m dem zugehörigen Kreisel, welches daher Stützmotore dieser Abweichung entgegenwirkt.
• An der Plattform sind drei Linearbeschleunigungsmesser vorgesehen, welche die Beschleunigungen in drei zueinander senkrechten Richtungen messen. Durch zweimalige Integration der Beschleunigungssignale laßt sich die durchlaufene Bahn eines die Plattform tragenden Fahrzeugs oder Flugkörpers bestimmen, wobei der Einfluß der Schwerkraft aus den bekannten physikalischen Gesetzen berücksichtigt werden kann. Ebenso läßt sich der Einfluß der Erddrehunr und Erdkrümmung durch geeignete Signale auf an den Kreiseln vorgesehene SIomentengeber in Abhängirkeit von den bekannten geographischen Koordinaten berücksichtigen, so daß zaBo die Trägheitsplattform ständig horizontal zur Erdoberflnche gehalten wird. Es ist dann ein Kreisel vorgesehen, dessen Eingangsachse in die Vertikale fällt, nämlich der Azimutkreisel. Die Eingangsachse eines zweiten Kreisels liegt dann vorteilhafterweise in Ost-West-Richtung. Dieser Kreisel soll als Ostkreisel bezeichnet werden. Ein dritter Kreisel liegt dann mit seiner Eingangsachse in Nord-Siid-Richtung und wird als Nordkreisel bezeichnet0 Eine solche Trägheitsplattform gestattet eine Navigation ohne Zuhilfenahme äußerer Bezugsgrößen.
• Es ist nun natürlich erforderlich, die Anfangsbedingungen genau festzulegen und weiterhin die Plattform vor dem Start genau auszurichten, damit die Beschleunigungsmesser sinnvolle Daten liefern. Es muß also vor dem Start dafür gesorgt werden, daß die Plattform horizontal ausgerichtet ist, also die Eingangsachse des Azimutkreisels und die Empfindlichkeitsachse des dazu parallelen Vertikalbeschleunigungsmessers in die Lotrichtung fällt, und daß die Eingangsachse des Nordkreisels sowie die Empfindlichkeitsachse des Nord-Beschleunigungsmessers nach Nord weisen.
• Für diese Ausrichtung sind verschiedene Verfahren bekannt.
• Bei einem bekannten Verfahren erfolgt die Ausrichtung nach einer äußeren Bezugsgröße: Es wird beispielsweise die Nordrichtung genau bestimmt, und es wird dann die Plattform mit optischen Autokollimationsverfahren mittels Spiegeln nach dieser Nordrichtung ausgerichtet. Es ist auch bekannt, statt desesl die Felllausrichtung der Plattform relativ zu der Bezugsrichtung u messen und zu speichern und dann in eiiiem Rechner bei den durchzuftihrenden Trägheitsnavigations-Rechnungen zu berücksichtigen.
• Es ist weiterhin bekannt, die Plattformkreisel und die Beschleunigungsmesser selbst zur Ausrichtung der Plattform heranzuziehen. Für die Morizontalausrichtung wird dabei die Tatsache ausgenutzt, daß bei nicht genau horizontaler Ausrichtung der Nord- und/oder der Ost- Beschleunigungsmesser ein Beschleunigungssignal infolge der wirksamen Schwerkraftkomponente erzeugt. Wenn dieses Signal auf den Momentengeber des Ost- bzw, des Nordkreisels geschaltet wird, dann bewirkt es eine selbsttätige tiorizontalausrichtung der i?lattform. Auch eine selbsttätige Ausrichtung der Plattfort: im Azimut ist möglich. Es wird dabei die Tatsache ausgenutzt, daß bei richtiger Ausrichtung der Plattform im Azimut zwar der Nordkreisel eine Komponente der Erddrehgeschwindigkeit fühlt (die von der geographischen Breite abhängt und durch ein Zusatzsignal auf den Momentengeber des Nordkreisels berücksichtigt wird), nicht jedoch der Ostkreisel. Bei einer Fehlausrichtung im Azimut fühlt jedoch auch der Ostkreisel eine Komponente der Erddrehgeschwindigkeit, die sich als Moment um die Präzessionsachse des Kreisels bemerkbar macht. Dieses Moment führt zu einer Neigung der Plattform um die "Ost-West"-Achse, bis das Signal von dem Nord-Beschleunigungsgeber dem von der Erddrehung herrührenden Moment die Waage hält. Wenn nun dieses Signal des Nord-Beschleunigungsmessers mit hoher Verstärkung auch auf den Momentengeber des Azimutkreisels gegeben wird, dann erfolgt eine Ausrichtung im Azimut bis der Ostkreisel mit seiner Empfindlichkeitsachse tatsächlich nach Osten weist, so daß er keine Komponente der Erddrehgeschwindigkeit mehr fühlt0 Dann wird auch die Plattform horizontal ausgerichtet bis das Signal des Nordbeschleunigungsmessers verschwindet0 Dieses "Ereiselkompaß-Verfahren" hat den Nachteil, daß es gegen Störbeschleunigungen sehr empfindlich ist. Aus diesem Grunde muß man Filter im Regelkreis vorsehen, wodurch die Ausrichtzeit je nach der gewünschten oder erforderlichen Filterwirkung verlängert wird. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Anforderungen, die bei dem Kreiselkompaß-Betrieb an die elektronischen Bauteile gestellt werden müssen.
• Ein weiteres Problem ist die zunächst unbekannte Kreiseldrift, die zu einer Fehlausrichtung der Plattform führt bis die Driftgeschwindigkeit z.B. des Ostkreisels durch ein Signal vom Nord-Beschleunigungsmesser auf den Momentengeber dieses Ostkreisels kompensiert wird. Es ist bekannt, diese Kreiseldrift vor dem Start automatisch zu kompensieren. Zu diesem Zweck wird von dem Ausgangssignal z.B. des Nord-Beschleunigungsmessers über einen Verstärker ein Stellmotor gesteuert, welcher einen Potentiometerschleifer verstellt. Von dem Potentiometerschleifer wird eine Spannung abgegriffen und auf den Momentengeber des Ostkreisels gegeben. Im stationären Zustand kompensiert dieses Signal die Kreiseldrift und das Signal des Nord-Beschleunigungsmessers wird null. In ähnlicher Weise kann über das Signal des Nord-Beschleunigungsmessers die Drift des Azimutkreisels automatisch kompensiert werden.
• Der geschilderte Stand der Technik ist beispielsweise beschrieben in dem Buch von Richard IA. Parvin "Inertial Navigation", D. van Nostrarld Company, Inc. 1962, insbesondere in Kapitel 11 diese;3 Buches.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine schnelle Ausrichtung bzw. Feststellung des Ausrichtfehlers bei Tragheitsplat-tformen zu erreichen.
• Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das am Momentengeber des Ostkreisels wirksame Signal auf einen Rechner zur Berechnung und Speicherung des Fehlerwinkels der Azimutausrichtung geschaltet ist.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung greift somit zur Feststellung des Ausrichtfehlers Ruf die von der Plattform selbst gelieferten signale zurück. Es ist also nicht wie bei den zuerst genannten bekanten Anordnungen eine genaue Bestimmung einer Bezugsrichtung erforderlich, nach welcher die Plattform mit optischen Mitteln ausgerichtet oder in Bezug auf welche der Ausrichtfehler bestimmt wird. Es erfolgt aber andererseits nicht eine Nachdrehung der Plattform mit der Eingangsachse des Nordkreisels in die Nordrichtung, wie dies bei dem bekannten Kreiselkompaß-Verfahren der Fall ist. Vielmehr wird aus dem am Momentengeber des Ostkreisels wirksamen Signal (und gr. anderen Signalen von Pattformkomponenten) mittels eines Rechners der Pehlerwinkel der Azimutausrichtung jeweils berechnet und ;espeichert, so daß er bei der weiteren Navigationsrechnung berücksichtigt werden kann. Eine solche Berechnung der Azimut-Fehlerwinkel aus Plattformsignalen, die meist mit-tels eines sowieso vorhandenen Bordrechners erfolgen kann, ge wesentlich schneller und ist unkomplizierter als eine Nachführung der Plattform in die Nordrichtung mit der erforderlichen Genauigkeit. Es wird aber andererseits die Notwendigkeit vermieden, die Nordrichtung vorher durch äußere drittel mit der erforderlichen Genauigkeit festzulegen.
• Es kann vorgesehen sein, daß der Ausgang des lord-Beschleunigungsmessers über einen Integrator auf den Momentengeber des Ostkreisels und der Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers über einen Integrator auf den Momentengeber des Nordkreisels geschaltet ist. Es erfolgt dann in bekannter Weite eine selbsttätige lorizontalausrichtung. Um eine möglichst schnelle Ausrichtung der Plattform in der Horizontalen zu erreichen, kann die Anordnung so getroffen sein, daß an den Momentengebern über Schwellwertschalter ein dem maximal aufzubringenden Moment entsprechendes signal anliegt, solange das Ausgangssignal des jeweils aufgeschalteten Beschleunigungsmessers einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Es ist weiterhin zweckmäßig, weim die Plattform wenigstens angenähert nach ord ausgerichtet ist, damit der zu berechnende Fehlerwinkel #A klein ist und beispielsweise der Sinus gleich dem Winkel gesetzt werden kann. Vorteilhafterweise ist daher eine Vorrichtung zur Grobausrichtung der Plattform im Azimut mittels eines Referenzrichtungsgebers, z.B. eines Magnetkompasses, vorgesehen. Diese kann so ausgebildet sein, daß ein dem Plattform-Azimutwinkels (#z) in Bezug auf die Referenzrichtung entsprechendes Signal über einen Integrator den Momentengeber des Azimutkreisels beaufschlagt. Auch hier kann zur Erzielung einer schnellen Azimut-Grobausrichtung vorgesehen sein, da3 an dem Momentengeber des Azimutkreisels über einen Schwellwertschalter ein dem maximal aufzubringenden Moment entsprechendes Signal anliegt, solange der l-'lattform-Azimutwinkel in Bezug auf die Referenzrichtung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
• Eine vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Ausrichteinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzrichtung durch einen ersten Synchro gegeben ist, der über einen dreipoligen Umschalter mit dem Stator eines zweiten Synchros(Repeater-Synchros)verbunden ist, da? der Anker des Repeater-Synchros über einen zweipoligen Umschalter in einer ersten Schaltstellung desselben mit einem ersten Demouulator verbunden ist, der einen Stellmotor zur Verdrehung des Alters des Repeater-Synchros steuert, daß von dem ersten Demodulator aber einen Komparator ein Relais steuerbar ist, welches bei Nullabgleich einmal den zweipoligen Schalter umlegt und den Anker des Repeater-Synchros an einen zweiten Demodulator anlegt, der über einen Integrator mit dem Momentengeber des Azimutkreisels verbunden ist und zum anderen über den dreipoligen Schalter den Stator eines den Plattform-Azimutwin'-el liefernden dritten Synchros (zimut-Synchros) mit dem Repeater-Synchro verbindet. Es wird dann zunächst der Repeater-Synchro dem Magnetkompaß o.d-l. nachgedreht. Dann wird der Azimut-Synchro auf den Repeater-Synchro geschaltet, so daß dieser letztere ein Signal liefert nach Maßgabe der Winkelabweichung des Azimut-Synchros und damit der Plattform von der an dem Repeater-Synchro eingestellten Richtung.
• Diese Signal geht über den umgelegten zweipoligen Schalter auf den zweiten Demodulator und über den Integrator auf den Momentengeber des Azimutkreisels, wodurch die Plattform dem Repeater-Synchro nachgeführt wird. Durch die Zwischenschaltung des Repeater-Synchros wird eine weitgehende Unabhängigkeit von Schwankungen und Störungen des Magnetkompasses o.dgl. erzielt.
• Die Integratoren können Resetintegratoren sein, deren Impulse unmittelbar auf die zugehörigen Momentengeber geschaltet sind. Bei solchen bekannten Resetintegratoren wird ein Eingangssignal z.B. mittels eines Miller-Integrators integriert, bis das Integral, also die Ausgangsspamaung des Integrators, einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Dann wird der Integrator durch Aufschaltung einer Gegenspannung auf null zurückgestellt. Am Ausgang erhält man somit eine Folge von definierten Impulsen, deren Frequenz dem Eingangssignal proportional ist. Diese Impulse werden erfindungsgemäß unmittelbar auf die Momentengeber der Kreisel geschaltet.
• Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der Rechner den Fehlerwinkel fA der Azimutausrichtung aus dem am Momentengeber des Ostkreisels wirksamen Signal UTx nach der Rechenvorschrift ermittelt, wobei KTx die Konstante des Momentengebers, H der Kreiseldrall, die Winkelgeschwindigkeit der Erde Ä die geographische Breite und #Fx die Kreiseldriftgeschwindigkeit des Ostkreisels ist. Es muß dabei die Kreiseldrift, die hier nicht kompensiert wird, bestimmt werden. Zu diesen Zweck ist vorteilhafterweise zwischen dem Repeater-Synchro und dem zweiten Demodulator ein Umpolschalter vorgesehen. Die Kreiseldrift kann dann in der Weise erhalten werden, daß die bei den beiden Stellungen des Umpolschalters erhaltenen Paare von Signalen U@x, U.Vy, bzw. UVx Uvx U an den Drehmoment-Vxo Vyo Vx1, Vy1 gebern von Ost- und Nordkreisel einem Rechner zugeführt werden, der die Kreiseldriftgeschwindigkeiten #Fx und #Fy des Ost- bzw. Nordkreisels nach den Rechenvorschriften ermittelt, und dem Rechner zur Bestimmung des Fehlerwinkels fA zuführt, wobei KTy die Konstante des Momentengebers des Nordkreisels, KTx die Konstante des Momentengebers des Ostkreisels und H der Kreiseldrall ist.
• Die Erfindung ist nachstehend an einem AusführungsbeisDiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematisch perspektivische Darstellung einer Trägheitsplattform und veranschaulicht die rhumliche Anordnung der Kreisel und Beschleunigungsmesser.
• Fig. 2 zeigt den Horizontalausrichtkreis.
• Fig. 3 zeigt den Kreis für die Azimutausrichtung.
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Plattform mit der gesamten Ausrichteinrichtung.
• Fig. 5 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Ausrichtverfahrens, das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung anwendbar ist.
• Es werden iL folgenden und in den Zeichnungen die nachstehenden Symbole verwendet: H Kreiseldrall x geographische Breite #x #y Fehlwinkel der Plattform um die horizontale R- bzw. y-Achse (Ost- bzw0 Nordrichtung) relativ zur örtlichen Vertikalen Fehlwinkel der Plattform um die vertikale z-Achse relativ zu Nord0 Winkelgeschwindigkeit der Erde #Fx'#Fy'#Fz Driftgeschwindigkeiten der Ost-, Nord- bzw.
• Azimutkreisel KAx, KAy Konstante des Ost- bzw. Nord-Beschleunigungsmessers KTx' KTy' KTz Konstante des Momentengebers des Ost-, Nord-bzw. Azimutkreisels UVx, UVy, UVz Ausgangsgrößen der Integratoren in den Ausrichtkreisen UTx, UTy, UTz Signale für die Momentengeber der Ost-, Nord-@x @y @z bzw. Azimutkreisel Ax, Ay Beschleunigung in x- bzw. y-Richtung s Laplace - Operator # MK Winkelsignal des Magnetkompaß z Ausgangsspannung des Demodulators der Repeater-Einheit, proportional der Winkeldifferenz (#MK -#z) von der Ausrichteinrichtung berechneter Winkel der Plattformlage relativ zu geographisch Nord g Erdbeschleunigung.
• Fig. 1 veranschaulicht die räumliche Anordrning der Kreisel und der Beschleunigungsmesser an der Plattform 10, wobei der Vertikalbeschleunig,ungsmesser, der hier ohne Bedeutung ist, weggelassen wurde. Es sind drei Kreisel, ein Ostkreisel 12, ein Nordkreisel 14 und ein Azimutkreisel 16 vorgesehen, deren Eingangsachsen bei richtiger Ausrichtung der Plattform in Ost-, Nord- bzw. Vertikalrichtung weisen. Es sind ferner ein Ost-Beschleunigungsmesser 18 und ein Nord-Beschleunigungsmesser 20 vorgesehen, die bei richtiger Horizontal- und Azimut-Ausrichtung der Plattform auf die Beschleunigung in Ost-bzw. Nordrichtung ansprechen und keine Schwerkraftkomponente fühlen. Der Nordkreisel fühlt eine von der geographischen Breite abhängige Komponente der Erddrehgeschwindigkeit E cos #, die durch ein entsprechendes Signal auf einen um die Präzessionsachse dieses Kreisels wirkenden Momentengeber kompensiert werden muß. Überhaupt weist jeder der Kreisel einen Momentengeber auf, durch welchen Momente um die Präzessionsachse auf den Kreisel aufgebracht werden können.
• In Fig. 2 ist ein Horizontalausrichtkreis dargestellt. Auf den Nord-Beschleunigungsmesser 20 wirkt die Beschleunigung Ay.
• Das Beschleunigungssignal KAy Ay von dem Beschleunigungsmesser 20 wird über einen Resetintegrator 22 und parallel dazu proportional über einen Verstärker 24 auf den Momentengeber 26 des Ostkreisels 12 gegeben. Auf den Kreisel 12 wirkt ferner ein Moment um die Präzessionsachse durch die Komponente der Erddrehgeschwindigkeit h , die bei einem Ausrichtfehler im Azimut auch am Ostkreisel mit wie . cosA . sinfA wirksam wird.
• Außerdem ist die Kreiseldrift Fx zu berücksichtigen, die im stationären Zustand durch ein Moment H WFx x um die Präzessionsachse kompensiert werden müßte. Der Kreisel erfährt daher eine Auslenkung #x, die über den üblichen Plattform-Stützmotor eine Nachdrehung der Plattform*) zur Folge hat.
• um um den Winkel Bei einer Abweichung der Plattform von der Horizontalen wirkt an dem Beschleunigungsmesser eine Komponente der Erdbeschleunigung r. Der Ausgang des Beschleunigungsmessers 20 s-teuert außerde;n über einen Schwellwertschalter 25 ein Relais 30 mit einem Kontakt 32. Der Kontakt 32 legt eine Spannung UTmax an den Momentengeber 26 an, welche dem maximalen Moment entspricht, das mit den Momentengeber 2G auf den Kreisel 12 ausgeübt werden kann. Wenn das Ausgangssignal des Bescllleunigungsmessers 20 den Schwellwert unterschreitet, fällt das Relais 30 ab und der Kontakt 32 öffnet, so daß dann der Momentengeber 26 von dem Beschleunigungssignal über den Resetintegrator in üblicher Weise gesteuert wird.
• Für die Azimutgrobausrichtung der Plattform ist ein Magnetkompaß mit einem Synchro 34 vorgesehen. Der Magnetkompaß gibt eine ungefähre Nordrichtung mit dem Winkel #MK vor, die für eine Grobausrichtung der Plattform ausreicht, aber natürlich nicht den Genauigkeitsanforderungen genügt, die an die Ausrichtung der Plattform gestellt werden. Der Cordwinkel des Magnetkompaß ist somit nicht mit der üblichen äußeren Bezugsrichtung zu vergleichen, nach welcher bei vorbekannten Ausrichtverfahren die Plattform unmittelbar betriebsbereit ausgerichtet wird. Das dreiphasige Signal von dem Synchro wird über einen dreipoligen Umschalter 36 in dessen erster Stellung auf den Stator eines zweiten Syiichros, des "Repeater-Synchrosn 3S, gegeben, an dessen Anker ein Wechselstromsignal abgenommen wird. Dieses Signal liegt über einen zweipoligen Umschalter 40 in dessen erster Stellung an einem ersten Demodulator 42, dessen Ausgang einen Stellmotor 44 steuert.
• Der Stellmotor 44 verdreht den Anker des Kepeater-Synchros 3d.
• Das f)emodulator-Ausgangssignal liegt ferner an einem Komparator 46, der ein Relais 48 steuert. Wenn das Ausgan rssignal des Demodulators null geworden ist, schaltet das Relais 48 den dreipoligen Umschalter 36 und den weipoligen Umschalter 40 in ihre zweite Schaltstellung um.
• In dieser zweiten Schaltstellung ist der Anker des Repeater-Synchros 38 über den Umschalter 40 und einen Umpolschalter 50 mit einem zweiten Demodulator 52 verbunden Demodulator 42 und Motor 44 werden abgeschaltet, so daß der Repeater-SyncJiro 38 in seiner letz-ten Stellung verbleibt. Über den dreipoliven Umschalter in seiner zweiten Schaltstellung ist der Repeater-Synchro jetzt mit einem Azimut-Synchro 54 verbunden, der mit der Plattform im Azimut verdrehbar ist und den Azimutwinkel der Plattform angibt. ei 56 kann der Azimutwinkel für irgendwelche Zwecke abgegriffen und ausgelesen werden.
• bei dieser Schaltung von Azimut-Synchros 54 wird hepeatersynchro 38 entspricht das Ausgangssignal des Repeater-Synchros 38 der Abweichung ( #MK - z der Plattform in Azimut von der durch den Magnetkompaß vorgegebenen Richtung. Dieses Signal Uz wird auf den Demodulator 52 gegeben. Das Ausgangssignal des Demodulators 52 beaufschlagt einmal einen Schwellwertschalter 58, der ein Relais 60 zum Anziehen bringt, wenn das Signal einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. Das itelais 60 schließt dann einen Kontakt 62, über welchen eine Spannung an den Momentengeber 64 des Azimutskreisels 16 angelegt wird, die dem maximal von diesem Momentengeber aufzubringenden Drelimomerit entspricht. Dieser Momentengeber 64 ist außerdem von den Ausgangssignal des zweiten Demodulators 52 über einen Resetintegrator 66, sowie parallel dazu über einen proportionalen Verstärker 68 beaufschlagt. Auf den Azimutkreisel 16 wirkt ferner die Vertikalkomponente der Erddrengeschwindigkeit oE sin # .
• In ähnlicher Weise wie Fig. 2 ist der Horizontalausrichtkreis mit dem Nordkreisel und dem Ost-Beschleunigungsmesser aufgebaut.
• Mit der beschriebenen Einrichtung erfolgt eine Grobausrichtung de Plattform wie folgt: Über den Schwellwertschalter 28 wird der Kontakt 32 geschlossen und maximales Drehmoment aii den Momentengeber 26 erzeugt.
• Die Plattform wird hierdurch mit maximaler Drehgeschwindigkeit ungefähr in die Horizontale gebracht, so daß die Erdbeschleunigungskomponente am Beschleunigungsmesser 20 unter den Schwellwert sinkt, Dann öfnnet der Kontakt 32, so daß an dem Momentengeber 26 die Impulse von dem Resetintegrator 22 wirksam werden. Diese halten den äußeren Momenten H (#E cos# sin#A + #Fx) die Waage, so daß sich im stationären Zustand ein Fehlerwinkel #x der Plattform um die x-Achse mit einer endlichen Erdbeschleunigungskomponente Ag und einer Spannung Uvy am Ausgang des Integrators 22 einstellt. Diese Spalulung UVy hängt mit dem Azimut-Fehlerwinkel YA nach der beziehuiig UVy # KTx = H (#E cos# sin #A + #Fx) (1) zusammen.
• Die Azimutausrichtung erfolgt mit der Anordnung nach Fig. 3 als Grobausrichtung nach dem Magnetkompaß. Der Repeater-Synchro 38 wird zunächst durch den Motor 44 via Demodulator 42 nach dem Magnetkompaß und dessen Synchro 34 ausgerichtet.
• Wenn das geschehen ist, erfolgt eine Umschaltung 36 und 40, und es wird das Fehlersignal Uz # (#MK - #z) über den Demodulator 52 gewonnen. Wenn dieses Fehlersignal einen bestimmten Schwellwert überschreitet, dann wird der Momentengeber 64 über 58, 60, 62 mit der maximal zulässigen Spannung beaufschlagt, so daß die Plattform schnell in die durch den Magnetkompaß gegebene "angenähert Nord" - Richtung einläuft.
• Anschließend wird auch hier der Integrator 66 auf den Momentengeber 64 aufgeschaltet, um eine genauere Ausrichtung der Plattform - aber immer noch nach dem mit Fehlern behafteten Magnetkompaß - zu bewirken.
• Um die Plattform im Azimut erdfest zu halten, muß sie um die Azimutachse durch das konstante Signal am Momentengeber UT = ### (#E sin# + #Fz) (2) nachgeführt werden. Diesen Signal wird jeweils von dem Rechner berechnet, wobei die Drift #Fz des Azimutkreisels in noch zu beschreibender Weise bestimmt wird.
• Nach der Grobausrichtung der Plattform in der Horizontalen und - nach dem Magnetkompaß - im Azimut wird der Fehlerwinkel mittels eines Rechners aus UVy berechnet, und zwar aus Uvy nach der Rechenvorschrift Wegen der Grobausrichtung ist fA klein, 80 daß der Sinus gleich dem Winkel gesetzt werden kann. Der Winkel #A wird gespeichert. Die Summe aus Azimutwinkel, der an der Plattform bei 56 ausgelesen wird und yA ergibt später beim Einsatz der Plattform den Kurswinkel. Zur Berechnung von fA muß die fette Drift Wx des Ostkreisels bekannt sein. Diese wird wie die Drift 5 z des Azimutkreisels durch einen Kalibriervorgang ermittelt.
• Ein Blockdiagramm der Einrichtung ist in Fig. 4 dargestellt.
• Die Plattform, die generell mit 70 bezeichnet ist, liefert Signale UBx und UBy proportional zu den Beschleunigungen Ax bzw. A an die Ausrichteinheit 72 mit dem Rechner. Die Ausy richteinheit gibt Drehmomente über die Momentengeber auf die Kreisel der Plattform 70. Die Plattformelektronik 74 stabilisiert ### die Plattform nach Maßgabe der Kreiselsignale ###, wie durch die Pfeile dargestellt ist. Die Plattform 70 liefert ferner den Azimutwinkel #z der Plattform, der in der Repeater-Einheit, die hier mit 76 bezeichnet ist, mit dem Winkel #MK von dem Magnetkompaß 78 verglichen wird und ein Signal Uz # (#MK - #z) an die Ausrichteinheit mit Rechner 72 liefert. Der Rechner berechnet nach der Rechenvorschrift (3) den Azimut-Fehlerwinkel Zur Kalibrierung, d.h. zur Bestimmung der Kreiseldriftgeschwindigkeiten wird wie folgt vorgegangen: Bei der Kalibrierung läuft der Ausrichtvorgang wie oben geschildert ab, bis auf den Unterschied, daß die Demodulatorspannung, die für de Repeater-Synchro als Erregerspannung geschaltet ist, über den Umpolschalter 50 umgepolt wird.
• Dadurch läuft die Plattform auf den Winkel 180° + #A von Nord ein, Es wird eine Messung der dem Torquerstrom der IIorizontalkreisel proportionalen Größen UV vorgenommen und die Werte im stationären Zustand gespeichert. Durch nochmaliges Umpolen der Demodulatorspannung führt der Azimutrahmen eine 180°-Schwenkung aus. Durch Vergleich der in der Null-und 180°-Stellung gemessenen Werte für die Torquerströme der fIorizontalkreisel werden die Werte für die Kreisel drift erinittelt.
• In der (00 + #A) Stellung sind die Spannungen: in der (1800 + #A) - Stellung Aus diesen vier Gleichungen folgt für die Drlften Die Ermittlung der festen Drift des Azimutkreisels geschieht ganz analog der Ermittlung der Drift der Ilorizontalkreisel durch Messung der Größe UVz im Kreis zur Azimut-Grobausrichtung. Es gilt ja im stationären Zustand UVz # KTz = H#E sin # + H#Fz (10) und damit KTz U #Fz = ## # @Vz - #E sin # (11) Die Drift det3 Azimutkreisels kann von der digitalen Ausrichteinheit nach Gl. 11 berechnet und gespeichert werden.
• Statt des Magnetkompaß kann auch - wie bereits erwähnt -für den Notbetrieb ein Marschkompaß benutzt werden. Die Stellung der Magnetnadel wird abgelesen und der Repeater-Synchro auf diesen Wert über ein Bediengerät eingestellt.
• Im übrigen läuft dann das Verfahren wie oben geschildert ab.
• Eine Variante ergibt sich zu den vorherigen Ausführungen, wenn man den Azimutkreisel nach der Horizontalausrichtung nach Süden (oder Norden) einlaufen läßt, und zwar solange, bis das Signal UVx zu Null geworden ist0 Dann ist #Fx = #E cos# sin #A (6a) Während des Einlaufs folgt der Azimut-Repeater-Synchro dem Azimut-Synchro. Hierauf wird der Repeater-Synchro umgepolt, so daß die Plattform eine 1800-Schwenkung ausführt. In dieser Stellung wird das Signal Uvx gemessen, das im allgemeinen ungleich Null ist. Aus Gleichung (6a) und (6) kann der Winkel und die Drift #Fx bestimmt werden, aus den Meßwerten UVy@ und UVy1 im y-Kanal die Drift; (Gl. (5), (7) )* Bei diesem Verfahren wird der Magnetkompaß nicht benötigt, da man als Kriterium für den beendeten Azimuteinlauf nicht die Winkeldifferenz zwischen Azimut- und Repeater-Synchro benutzt, sondern wartet, bis das der Torquerspannung des Ost-West-Kreisels proportionale digitale Signal Uvx Null geworden ist. Infolge der konstanten, festen Kreiseldrift steht die Plattform beim Nullsignal am Ost-West-Kreisel im Azimut nicht genau nach Nord ausgerichtet, sondern um den Winkel tA daneben, Ein weiteres Verfahren soll anhand von Fig. 5 erläutert werden: Nach erfolgter Horizontalausrichtung, die wie oben geschildert abläuft, wird an den Torquer des Azimut-Kreisels eine konstante Spannung UTz gelegt und zwar so lange, bis das der Torquerspannung des Ost-West-Kreisels proportionale Signal UVx ZU Null geworden ist. Der Azimutrahmen steht dann jedoch nur in der Nähe von Nord aufgrund der Kreiseldrift. Nun polt man die angelegte Spannung Tz um und läßt sie so lange auf den Azimuttorquer wirken, bis UVx wieder zu Null geworden ist.
• Der Azimutrahmen steht dann bei 1800 - #A. Aus der Differenz der beiden Azimutstellungen (Fig. 5) läßt sich der Winkel berechnen. Zur Kalibrierung können nach den folgenden -Gleichungen die Driften der beiden Horizontalkreisel ermittelt werden: #Fx = #E cos# sin #A (10a) K #Fy = ## # #Vy - #Ecos# cos #A (11a) Für Uvy kann der Wert eingesetzt werden, der sich in der Stellung 180° - #A (ungefähr Süd) ergibt.
• Die Genauigkeit dieser Methode wird durch die Genauigkeit der Azimutwinkelauslesung bestimmt.
• Statt der vorher beschriebenen Methode der sequentiellen Ausrichtung nach ungefähr Nord bzw. Süd kann man auch eine Vertauschung zwischen x- und y-Kanal dazu benutzen, die Fehllage #A zu Nord und die Driften Fx und zu ermitteln. Geht man wieder davon aus, daß nach dem lieveleinlauf UVx Null geworden ist, so gilt wieder entsprechend Gleichung (6a) #E cos# sin #A1 = Im y-Kanal mißt man die Spannung UVy und erhält damit Jetzt läßt man die Platt£orm um die Azimutachse drehen, und zwar so lange, bis Uvy Null ist0 Die Plattform hat somit in etwa eine 900 Drehung ausgeführt0 Es ist jetzt #E cos# sin #A2 = #Fy und mit der gemessenen Größe UVx Aus diesen 4 Gleichungen lassen sich die vier unbekannten Größen #Fx'#Fy' #A1' #A2 bestimmen.
• Die Genauigkeit des geschilderten Verfahrens gemäß Fig. 5 hängt im wesentlichen von der Genauigkeit der Winkelmessung ab. Im allgemeinen ist eine Winkelmessung ungenauer als eine Zeitmessung. Aus diesem Grunde wird im folgenden ein Verfahren geschildert, bei welchem anstelle der Winkel die Zeit für den Durchlauf des Winkelbereiches zwischen den beiden Nullstellungen t)ei Nord und bei Süd gemessen wird. Die Genauigkeit wird dadurch wesentlich erhöht.
• Die Zeit, die für eine exakte Drehung des Azimuts um 180° benötigt wird, ist bekannt und beträgt t180 = UTz # KTz Sind Kreiseldrall und Torquerkonstante bekannt, so kann die Spannung U Tz ermittelt werden, die an den AZ-Torquer gelegt werden muß, damit sich eine bestimmte Geschwindi;kei-t um die Azimutachse ergibt. Für diese gilt: # # H UTz = (12) KTz Infolge der Fehlstellung #A von Nord ######## ### ##### wird der Azimut nur um den Winkel 180° - 2 #A gedreht, und entsprechend nicht die Zeit für eine 180°-Drehung, sondern nur die Zeit gemessen0 Aus der Differenz t180 - t = d t erhält man # t # UTz # KTz A= (13) 2 H Aus dem so ermittelten und gespeicherten #A - Wert können nach Gleichung (7) und (8) wieder die festen Driftwerte ermittelt werdeii.
• Die Zeitmessung ist über eine Impulszählung leicht mit der erforderlichen Genaui@keit durchzuführen.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Ei@richtung zum Ausrichten einer kreiselstabilisierten Trägheitsplattform mit einem Azimut-, einem Nord- und einem Ostkreisel sowie Beschleunigungsmessern für Nord-, Ost- und Vertikalbeschleunigung, bei welcher auf einen Momentengeber des Ostkreisels ein Signal nach Maßgabe des Ausganges des Nord-Beschleunigungsmessers geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das am Momentengeber (26) des Ostkreisels (12) wirksame Signal (UVy) auf einen Rechner (72) zur Berechnung und Speicherung des Fehlerwinkels (#A der Azimutausrichtung geschaltet ist

2. Einrichtung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Nord-Beschleunigungsmessers (20) über einen Integrator (22) auf den Momentengeber (26) des Ostkreisels (12) und der Ausgang des Ost-Beschleunigungsmessers (18) über einen Integrator auf den Momentengeber des ordkreisels (14) geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeicimet, daß an den Momentengebern (26) über Schwellwertschaltet (28,32) ein dein maximal aufzubringenden Moment entsprechendes Signal (UTmax) anliegt, solange das Ausgangssignal (UBy) des jeweils aufgeschalteten Beschleunigungsmessers (20) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet0

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekexmzeichnet durch eine Vorrichtung zur Grobausrichtung der Plattform im Azimut mittels eines Referenzrichtungsgebers, z.3. eines Magnetkompasses (78).

5. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Plattform-Azimutwinkels ( #z) in Bezug auf die Referenzrichtung (#MK) entsprechendes Signal (Uz), über einen Integrator (66) den Momentengeber (64) des Azimutkreisels (16) beaufschlagt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Momentengeber (64) des Azimutkreisels (16) über einen Schwellwertschalter (28 .. 62) ein dem maximal aufzubringenden Moment entsprechendes Signal (UTmax) anliegt, solange der Plattform-Azimutwinkel (+z) in Bezug auf die Referenzrichtung (9mm) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet0

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeicEmet, daß die Referenzrichtung durch einen ersten Synchro (34) gegeben ist, der über einen dreipoligen Umschalter (36) mit dem Stator eines zweiten Synchros (38) (Repeater-Synchros) verbunden ist, daß der Anker des Repeater-Synchros (38) über einen zweipoligen Umschalter (40) in einer ersten Schaltstellung desselben mit einem ersten Demodulator (42) verbunden ist, der einen Stellmotor (44) zur Verdrehung des Ankers des Repeater-Synchros (38) steuert, daß von dem ersten Demodultor (42) über einen Komparator (46) ein Relais (48) steuerbar ist, welches bei Nullabgleich einmal den zweipoligen Schalter (40) umlegt und den Anker des Repeater-Synchros (38) an einen zweiten Demodulator (52) anlegt, der über einen Integrator (66) mit dem Momentengeber (64) des Azimutkreisels (16) verbunden ist, und zum anderen über den dreipoligen Schalter (36) den Stator eines den Plattform-Azimutwinkel (in,) liefernden dritten Synchros (54) (Azimut-Synchros) mit dem Repeater-Synchro (38) verbindet.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratoren (22, 66) Resetintegratoren sind, deren Impulse unmittelbar auf die zugehörigen Momentengeber (26, 64) geschaltet sind oder einem Rechner zugeführt werden, der daraus die Nachführsignale für die Plattform ermittelt.

9. Einriclltund nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner den Fehlerwinkel fA der Azimutausrichtung aus dem am Momentengeber (26) des Ostkreisels (12) wirksamen Signal Uvx nach der Rechenvorschrift ermittelt, wobei KTx die Konstante des Momentengebers, H der Kreiseldrall, die die Winkelgeschwindigkeit der Erde, die geographische Breite und #Fx die Kreiseldriftgeschwindigkeit des Ostkreisels ist.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Repeater-Synchro (38) und dem zweiten Demodulator (52) ein Umpolschalter (50) vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den beiden Stellungen des Umpolschalters (50) erhaltenen Paare von Signalen UVxo, UVyo bzw. UVx1, UVy1 an den Drehmomentgebern von Ost- und Nordkreisel einem Rechner zugeführt werden, der die Kreiseldriftgeschwindigkeiten FY und und des Ost- bzw. Nordkreisels nach den Hechenv rschriften ermittelt und dem Rechner zur Bestimmung des wehlerwinkels fA zuführt, wobei KTy die Konstante des Momentengebers des Nordkreisels, KTx die Konstante des Momentengebers des Ostkreisels und H der Kreiseldrall ist.