DE2203624A1

DE2203624A1 - Eichsystem fur magnetische Detektoren

Info

Publication number: DE2203624A1
Application number: DE19722203624
Authority: DE
Inventors: Donald Henry Bnckner David Roger; Phoenix Ariz Baker (V.St A )
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-01-26
Filing date: 1972-01-26
Publication date: 1972-08-17
Also published as: IT948325B; CA955744A; DE2203624C2; FR2123380A1; JPS52171955U; GB1371395A; US3683668A; FR2123380B1; JPS5730569Y2

Description

Patentanwälte O Q Π ^ R *> / ²^* ^Januar ^972

Dipl. Ing.C.Wallach Z^IUDZ^ 13 594 Fk/r

Dipl. ing. G. Koch
Dr. T. Hai bach
8 Machen 2
-. 8. Tel. 240278

Sperrv Rand Corporation» New York, N. Y. (USA)

Eichsystem für magnetische Detektoren

Die Erfindung betrifft Eichsysteme für magnetische Detektoren und Verfahren zur Eichung magnetischer Detektoren. Die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf die Eichung von magnetische Azimuth-Detektoren verwendtfldenKompassen in bezug auf Fahrzeuge, in die sie eingebaut sind, und die Ladung, die das Fahrzeug trägt. Der Eichfehler, auf den Bezug genommen wird, wird allgemein als der Deviationsfehler bezeichnet und ist als die Winkeldifferenz zwischen dem tatsächlichen magnetischen oder mißweisenden Steuerkurs des Fahrzeuges und dem vom Kompaß angezeigten Steuerkurs definiert.

Jeder magnetische Azimuth-Detektor ist Komponenten des Erdmagnetfeldes und des störenden oder Harteisenfeldes unterworfen, das dem Fahrzeug und/oder seiner Ladung eigen ist. Der pendelartige Charakter des magnetischen Azimuth-Detektors unterdrückt die Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes während der unbeschleunigten Bewegung dee Fahrzeuges, und lediglich die horizontale Komponente wird zur Bestimnung des magnetischen Steuerkursee verwendet. Wenn das

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Fahrzeug seinen Steuerkurs über 360° ändert, bewegt sich das Störfeld mit dem Fahrzeug und führt eine 36O°-Drehung in bezug auf das Erdfeld aus. Dies bewirkt, daß die Horizontalkomponente des magnetischen Gesamtvektors, der Summe des Erdfeldes und des Störfeldes, in bezug auf die normale Richtung des horizontalen Erdfeldes schwingt. Das Detektorsystem mißt die Summe dieser Felder, so daß dieser Eintaktfehler (single cycle error) während einer Steuerkursänderung von 360 durch ein positives und ein negatives Maximum verläuft. Zur genauen Navigation irgendeines Fahrzeuges, die von dem auf das Erdfeld ansprechenden Detektor abhängt, ist es erforderlich, diese Fehler zu berücksichtigen und die erforderliche Korrektur entweder durch Berichtigung des angezeigten Steuerkursee des Fahrzeuges mit Hilfe einer Fehlertabelle oder durch Kompensieren des magnetischen Detektors mit Hilfe geeigneter Kompensationsmittel für diese Fehler durchzuführen. Obwohl der Harteisenfehler für diese Erläuterung verwendet wurde, ist zu erkennen, daß Indexfehler und Zweitakt-(two cycle-)Übertragungsfehler in der elektronischen Steuerausrüstung des Fahrzeuges außerdem vorhanden sein können und in der gleichen Weise korrigiert werden müssen.

Bei vielen bekannten Eichsystemen muß das Fahrzeug über 36O⁰ gedreht werden, und der Ausgang des Kompasses wird mit dem bekannten tatsächlichen magnetischen Steuerkurs an jeder von verschiedenen Stellungen verglichen. Eine Fehlertabelle kann dann abgeleitet werden und zur Kompensation der Fehler verwendet werden. Dieses Verfahren ist notwendigerweise arbeite- und zeitaufwendig und erfordert den Platz und die Ausrüstung zur Ausrichtung des

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Fahrzeuges in jeden der verschiedenen Steuerkurse. Ein verbessertes Eichverfahren, wie es in dem britischen Patent 850 596 der gleichen Anmelderin beschrieben ist, erfordert keine Drehung des Fahrzeuges. Statt dessen setzt dieses System den Detektor einem künstlich geschaffenen äquivalenten Erdmagnetfeld für jeden der verschiedenen ausgewählten Steuerkurse aus. Für jedes einem ausgewählten Steuerkurβ entsprechende erzeugte Feld wird der Kompaßausgangssteuerkurs mit dem ausgewählten Steuerkurs verglichen. Auf diese Weise können die Fehler gewonnen werden, und die erforderliche Kompensation kann durchgeführt werden. Obwohl dieses System einen großen Schritt vorwärts in der Kompaßeichung darstellt, weist es doch weiterhin den Nachteil der erforderlichen aufwendigen und komplizierten Kompaß-Schwenkvorrichtungs-Ausrüstung und der zusätzlichen Forderung nach genauen Arbeitsverfahren auf. Andere Patente, wie z. B» die britischen Patente 708 k76_t 79*» Ο76 und 961 399 der gleichen Anmelderin beschreiben Einrichtungen zur Feststellung und Kompensation der Zweitaktfehler.

Entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung umfaßt ein erfindungsgeraäßee Eichsystem einen magnetischen Detektor zur Anbringung in einem Fahrzeug, auf den Detektor zur Lieferung eines Auegangssignals ansprechende Einrichtungen, Einrichtungen zur Kombination des Ausgangs des Detektors bei jedem von zwei vorgegebenen Steuerkursen, die einen Vinkelunterschied von 180° aufweisen, um einen äquivalenten Wert des Erdmagnetfeldes zu gewinnen, Einrichtungen zur Erregung des Detektors zur Erzeugung eines ausgewählten künstlichen magnetischen Steuerkursausganges von dem Detektor, Einrichtungen zur Berechnung des erwarteten Aus-

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ganges des Detektors bei dem ausgewählten Steuerkurs, Einrichtungen zur algebraischen Addition der Ausgänge der Kombinationseinrichtung, des erregten Detektors und der Recheneinrichtung zur Erzielung eines resultierenden Signals, Einrichtungen zur Darstellung des Unterschiedes zwischen dem resultierenden Signal und dem erwarteten Detektorausgang* und Einrichtungen zur Kompensation des Ausgangs des Detektors entsprechend dem dargestellten Unterschied, um den Unterschied möglichst gering zu machen.

Entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren aur Eichung eines in einem Fahrzeug angeordneten magnetischen Detektors geschaffen, das die Ableitung eines Ausgangssignals von dem Detektor bei jedem von zwei magnetischen Steuerkursen des Fahrzeuges, die einen Winkelunterschied von ungefähr 180° aufweisen, die Kombination jedes Ausgangs der Steuerkurse zur Erzielung eines ersten resultierenden Signals, das Aufbringen einer Erregung auf den Detektor, die einem vorher ausgewählten Steuerkurs äquivalent ist, zur Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Detektor, das dem vorher ausgewählten Steuerkurs äquivalent ist, die Berechnung des erwarteten Ausgangssignals des Detektors bei dem vorher ausgewählten Steuerkurs, die Kombination des Detektorausgangssignals bei den: vorher ausgewählten Steuerkurs mit dem berechneten Detektorausgangssignal und dem ersten resultierenden Signal, zur Erzeugung eines zweiten resultierenden Signals, die Darstellung des zweiten resultierenden Signals und die Einstellung des Ausgange von dem Detektor zur Verringerung des Vertes des zweiten resultierenden Signals und zur Kompensation der Deviationsfehler in dem Detektor umfaßt.

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In der bevorzugten Ausführungsform liefert die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des bei einem magnetischen Detektor vorhandenen Deviationsfehlers, die einfach und schnell ist und ein Minimum von peripherer Ausrüstung erfordert. In der Praxis wird das den magnetischen Detektor enthaltende Fahrzeug auf einer vorbestimmten Schwenkliriie am Eichplata angeordnet. Die Steuerkursausrichtung der Schwenklinie ist willkürlich· Ein Fehlabgleich der Fahrzeugachse von dieser Linie wird bestimmt. Eine tragbare Einrichtung, die die Eichungs-Steuermerkmale umfaßt, wird an dem Fahrzeug körperlich derart angebracht, daß sie mit einem Teil das elektronischen Steuerkurs-Bezugssystems (Kompaß) des Fahrzeuges zusammenwirkt, Die Steuerkurs- und Fehlabgleichdaten werden in die Eichvorrichtung zusammen mit dem Ausgang des magnetischen Detektors eingeführt und gespeichert. Das Fahrzeug wird dann um 180° gedreht, und der neue Steuerkurs, der Fehlabgleich und die Detektor-Ausgangsinformation wird in die Eichvorrichtung eingeführt und in dieser gespeichert.

Während des Eichvorganges hebt die elektronische Steuerausrüstung des Fahrzeuges unter der Steuerung der Eichvorrichtung die Wirkung des erdmagnetischen Feldes auf und überlagert dem Detektor ein Signal, das einem ausgewählten Steuerkurve äquivalent 1st« Weitere äußere vorhandene Signale stellen die Deviation aufgi-und des dem Detektor durch das Fahrzeug und/oder seine Ladung überlagerten Feldes dar. Diese äußeren zusätzlichen Signale schließen außerdem irgendwelche Indexfehler aufgrund der Fehlausrichtung des Detektors oder durch die elektronische Steuerausrüstung des Fahrzeuges hervorgerufene übertragungsfehler ein. Alle diese

2 0 0 8 3 h I 0 I 1 3

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verbleibenden Signale werden durch die elektronische Steuer· ausrüstung des Fahrzeuges unter dem Befehl der Eichvorrichtung auf jeden einer vorgegebenen Zahl von Steuerkursen gedreht. Eine Darstellung Innerhalb der EIchvorrichtung zeigt die Index: fell i.p.r _t die Ein taktfehler oder die Zweitaktfehler an, die bat jßcimn ausgewählten Steuerkurve gegeben sind. Diese Fehler werden mit Hilfe der in der elektronischen Sfceuörausrüstang des Fahrzeuges zur Verfügung stehenden Kompensation?!einrichtung auf ein Minimum eingestellt· Bei VuI i endin α; (La; iJi ^hvorgangos ist .ior magnetische Detektor geeicht, und die Elchvorrichtung kann von dem Fahrzeug abgetrennt werden. 'Irgdiidain darauffolgender Ausgang des Detektors für irgendeinen Steuerkurs wird automatisch durch die elektronische Steuerausrüstung des Fahrzeuges eingestellt, um dan bei diesem Steuerkurs vorhandenen Fehler zu kompensieren, und der endgültige Ausgang gibt einen genauen magnetischen Steuorkurs des Fahrzeuge» wieder.

Die Erfindung; wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch n&her erläutert»

In der Zeichnung zeigent

Fig. 1 die Anordnung eines Fahrzeuges auf einer willkürlich ausgewählten Schwenklinie;

Fig. 2 a und 2 b eine graphische Darstellung der vertikalen Beziehungen der aufgebrachten Fehler;

Fig. 3 ein Steuerfeld der Ziehvorrichtung des Systems5

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Fig. h a das Steuerschaltungsdiagramm, das den in dem Fahrzeug enthaltenen und von der Eichvorrichtung verwendeten Teil des elektronischen Steuersysteme einschließt;

Fig. k b eine Tabelle für die Schalterbetätigung!

Fig. 5 ein Funk ti ons diagramm des Sigiialflussee während des Schwenkvorganges·

Nagnetische Detektoren in dieaer Beschreibung eich auf die Klassen von Detektoren, di· übliohtrw·!·· als Magnetflußrohre bezeichnet werden. Dies sind Detektoren, deren empfindliches Element im wesentlichen aus einem Kern aus hochpermeablem Material besteht, auf den in geeigneter Weise erregte und Ausgangs- oder Abnehmerwicklungen gewickelt sind. Dieser Kern weist im allgemeinen die Form eines gleichwinkligen Y auf, wobei die Abnehmerspulen auf den Schenkeln des Kerns angebracht sind und die Erregungsspule in der Nähe des Verbindungspunktes des Kerns angeordnet ist, und wobei die Anordnung im allgemeinen mit Hilfe einer pendeiförmigen Masse und einer KardanringaufhSngung horizontal gehalten wird. Sammelhörner können an den Enden der Schenkel vorgesehen sein, um das Magnetfeld in den Schenkeln zu konzentrieren. Das Magnetflußrohr ist so erregt, daß in jeder Abnehmerspule eine Horizontalkomponente irgendeines Magnetfeldes, in der e» liegt, induziert wird, und daß die drei Spulen zusammen eine Messung der Richtung des Magnetfeldes liefern, in dem das Magnetflußrohr angeordnet ist. Eine weitere Erläuterung der Magnetflußrohre findet sich in dem deutschen Patent 1 233 153«

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Unabhängig davon, wie sorgfältig genau ein Magnetflußrohr hergestellt 1st, unterscheiden sich die elektromagnetischen Eigenschaften jedes Schenkels des Y und der zugehörigen Spule» Ein derartiger Fehler ergibt sich aus den unterschiedlichen Luftspalten zwischen den Enden der benachbarten Schenkel an ihren Sammelhurnern. Dieser Fehler wird mit

/elohung Hilfe eines als KPeuzkopplungs' bekannten Verfahrens zu Null gemacht, und die Ergebnisse dieses Verfahrens werden zu-- Kompensation dieses Fehlers verwendet. Ein weiterer Fehler ergibt sich aus einer Fehlaus richtung zwischen dem Hagnetflußrohr und der Bezugslinie de« Luftfahrzeuges, der als Eintaktfehler ähnlich dem der Wirkungen der permanenten magnetischen Felder in dem Luftfahrzeug auftritt· Die dem Nagnetflußrohr eigene Unfähigkeit zur Unterscheidung zwischen einer Magnetflußrohr-FehlausrichtUng und einem Permanentfeld erfordert eine äußerste Sorgfalt bei der Ausrichtung des Magnetflußrohres. Dieses Problem kann durch Verwendung eines vorindizierten Magnetflußrohres vermieden werden. Ein derartiges Magnetflußrohr weist einen genauen mechanischen Bezug zur genauen Identifikation seiner Magnetachse auf. Wenn das Magnetflußrohr an einer genau ausgerichteten Stelle des Luftfahrzeuges eingebaut ist, ist es genau mit der Längsachse des Luftfahrzeuges ausgerichtet« Versuche haben gezeigt, daß Einbauten mit einem kleineren Befestigungs-Ausrichtungsfehler als 0,1 übereinstimmend erzielt werden können» Das vorliegende Ausfuhrungebeispiel verwendet vorgeeichte und vorindizierte Magnetflußrohre zur weitgehenden Verringerung dieser möglichen Fehlerquellen und zu ihrer Unterscheidung von Fehlern, die aus der Betriebsweise des magnetischen Detektors und seiner elektronischen Steuervorrichtung al« ein System her-

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rühren. Auf diese Weise können die Fehlerquellen von den einzelnen magnetischen Detektorkomponenten, die im allgemeinen durch die Betriebsweise der Bauteile als ein System nicht beeinflußt sind, wirksamer ausgeschieden werden· Die Erfindung kann selbstverständlich mit nicht geeichten und nicht indizierten Magnetflußrohren verwendet werden, die oben genannten Fehlerquellen müssen jedoch ausgeschieden und kompensiert werden, bevor die Erfindung zu ihrem besten Vorteil angewendet werden kann.

Im Betrieb liefert der magnetische Detektor ein Aus» gangssignal, das den magnetischen Steuerkurs des Fahrzeuges, in dem es befestigt ist, darstellt. Das Dreidraht-Wechselspannungs-Ausgangssignal wird in ein Sinus/Gosinusformat umgewandelt und in dem Stromservo demoduliert· Die demodulierten Signale werden Rechnereinrichtungen zugeführt, in denen die demodulierten Signale mit Daten von der KreLselplattforra kombiniert werden, und die Kombination liefert sowohl Kurzzeit- als auoh Langzeit-Steuerkurs-Bezugsinformationen für das Fahrzeug-Richtungssteuersyetem. Zusätzlich wird das Detektorausgangssignal in «ine Schleife eingespeist, die eine Nullung des Detektorausgangssignals bewirkt. Eine weitere Erläuterung dieser Servo-Schleife findet sich in dem deutschen Patent ··· (deutsch· Patentanmeldung P 19 6^5 69·3) der gleichen Anmelderin· Bei dem vorliegenden AusfUhrungsbeispiel ist die Recheneinrichtung ein Digitalrechner, und die Signalverarbeitung und -berechnung des Eiolrvorganges erfolgt im Digitalformat· Bine Rechentechnik, wie sie in der Literaturstelle "The Cordlo Trigonometrie Computing Technique*¹, IRE Transactions on Electronic Computers, September 1959t S, 330» beschrieben ist, kann verwendet werden.

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Unter der Annahme, daß das Fahrzeug, wie z. B. das in Flg. 1 dargestellte Luftfahrzeug 1, ein vorgeeichtes und vorindiziertes Magnetflußrohr 2 aufweist, kann der Kompaß-Eichvorgang entsprechend der Erfindung beschrieben werden· Fig. 1 zeigt das am Eichplatz angeordnete Luftfahrzeug 1; dieser Eichplatz kann eine Kompaßrose sein. Die beiden dargestellten Schwenklinien ermöglichen die Anordnung dee Luftfahrzeuges auf zwei umgekehrten Steuerkursen, während das Magnetflußrohr 2 Über der gleichen Bodenstelle gehalten wird, um ein konstantes Vmgebungserdfeld für jeden Steuerkurs sicherzustellen. Selbstverständlich wäre, wenn das Magnetflußrohr 2 auf der Längsachse des Luftfahrzeuges 1 befestigt wäre, lediglich eine einzige Schwenklinie erforderlich* Der Steuerkurs der Linien ist unwesentlich, vorausgesetzt, daß die Linien parallel sind. Bei der Beschreibung der Betriebsweise der Kompaßeichung wird außerdem auf die die Vektorbeziehungen darstellenden Figuren 2 a und 2 b und die die Eichvorrichtung 3 darstellende Figur Bezug genommen.

Das Luftfahrzeug 1 wird zunächst auf der Schwenklinie Nr. 1 (Steuerkurs 1) angeordnet. Eine Bezugslinie, die senkrecht zur Schwenklinie 1 verläuft, wie z. B. die Radlinien Nr* 1, wird als zukünftiger Bezug markiert.

Die Eichvorrichtung 3 (Tig* 3) kann mit der elektronischen Lagen- und Steuerkurs-Bezugseinrichtung (AHRS) des Luftfahrzeuges über geeignete Schalter und Verkabelungen zu dieser Zeit verbunden werden, und beide Einheiten werden in Betrieb gesetzt. Bin Betriebsartensehalter k wird in die mit "Steuerkurs 1" in Fig. 3 bezeichnete Stellung

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gebracht. Irgendein Winkelfehlabgleich-Fehler M₁ zwischen der Schwenklinie Nr. 1 und der Längsachse des Luftfahrzeuges muß gemessen und mit Hilfe einer FehlausrlohtungSSteuerung (MISAL) 5 in die Eichvorrichtung 3 eingeführt werden. Aue BequemlichkeitsgrUnden für die Bedienungsperson kann die Siebvorrichtung 3 so aufgebaut sein, daß sie es der Bedienungsperson ermöglicht, den Fehlabgleichwinkel als Funktion des seitlichen Abstandes des Luftfahrzeuges von der Schwenklinie zu messen· Somit kann die Steuerung 5 auf der Frontplatte 6 der Eichvorrichtung in Zoll geeicht werden, und die Bedienungsperson würde dann den Unterschied der gemessenen Abstände zwischen der Schwenklinie und zwei vorbestimmten Punkten (d.., dg) an dem Fahrzeug, die beispielsweise unter Verwendung eines Lotbleis gemessen werden, einführen. Wenn D gleich dem Abstand zwischen den beiden Bezugspunkten d^ und dg ist, so ist M₁ * d₁ - d₂, und der Fehlabgleichwinkel ist arc tan __2,, wobei M, als der seitliche Abstand ausgedrückt ist.

Fig. 2 a stellt in Vektorform die das Magnetflußrohr 2 des Luftfahrzeuges beeinflussenden Magnetfelder dar. Der Winkelunterschied zwischen der Schwenklinie Nr. 1 und Nord ist durch J^ dargestellt. Der horizontale Vektor des Brdfeldes ist als H dargestellt, und die längsgerichteten und quergerichteten Komponenten des permanentmagnetischen

Feldes des Luftfahrzeuges sind durch (H ), bzw.(H ). dar-

p χ ρ τ

gestellt. Die Vektorresultierende des Erdfeldes und des permanentmagnetisehen Feldes entlang der Längeachse bzw« der Querachse kann als

^He ^coa

- -H_e sin (# + M₁) + (H_p)_t

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ausgedrückt werden, wobei M₁ der Fehlabgleichfehler in Winkelauβdrücken ist.

Diese Gleichungen stellen die auf da« Magnetflußrohr wirkenden Magnetfelder dar, und die Äquivalenten dieser aufhebenden Felder würden notwendigerweise als«

<^Hi>

Die die wesentlichen Teile des elektronischen Lagen- und Steuerkurs-Bezugseinheit-Systems des Luftfahrzeuges, die zusammen mit der Eichvorrichtung 3 verwendet werden, beschreibenden Figuren k a und k b werden nun zur Beschreibung des Vorganges in der Steuerkurs-1-Betriebsweise verwendet· Figur k a zeigt vier unterschiedliche Funktionsgruppen der Ausrüstung: erstens das Magnetflußrohr 2 in der Form eines magnetischen Azimuth-Detektors, zweitens die in dem elektronischen Lagen- und Steuerkurs-Bezugssystem angeordnete Vorrichtung in dem Luftfahrzeug, die bei dem Eichvorgang verwendet wird, drittens ein Kompensatlonsnetsswerk 7# das in dem Luftfahrzeug vorhanden ist, um die Eichfehler zu nullen, und viertens die in der Eichvorrichtung 3 angeordnete und wenn gewünscht, von dem Luftfahrzeug trennbare Vorrichtung. Es let verständlich, daß die Eichvorrichtung in eich abgeschlossen sein kann· Das heißt, die von der Elchvorrichtung verwendete Recheneinrichtung, die in dem elektronischen Lagen- und Steuerkurs-Bezugseysteoü angeordnet dargestellt ist, kann in der Eiohvorrichtung selbst enthalten sein« Somit kann die Eichvorrichtung eine vollständige», in sich abgeachlos-

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β·η·, tragbar· Einheit sein, di· in den Detektorausgangskreis eingeschaltet werden kann. Alternativ kann die Eiehausrüstung «u einem integralen und dauernden Teil der elektronischen Ausrüstung des Kompaßsyetents des Luftfahrzeuges gemacht werden.

In der Steuerkurs-1-Betriebsweise wird die Stromservo-Sohleife durch den (normalerweise geschlossenen) Kontakt A geöffnet» In gleicher Weise wird der (normalerweise offene) Kontakt B geschlossen· Bine weitere Erläuterung des Strom·· servos und der Servoschleife findet sich in dem deutsohen Patent ... (deutsche Patentanmeldung P 19 6k5 69.3)· Der Ausgang des Azimuth-Detektors 2 wird in den Stromservo 8 eingespeist, und die Strom-Servoschleife wird durch einen Analog/Dezimalwandler 9, eine Datonverarbeitungseinheit 10, einen Digital/Analog-Konverter 11, eine Abtaei- und Speicherschaltung 12, einen Summierverstärker 13 und über einen Durchgangesohalter B vervollständigt. Der der Datenverarbeitungseinheit 10 zugeführte Strom-Servoausgang ist in digitaler Form und kann in einen leistungslossn Speicher 14 der Eichvorrichtung 3 durch Betätigung des LESE-Schalters 15 (Fig. 3) übertragen werden· In gleicher Weise wird der durch die Steuerung 5 (Fig· 3) eingeführte und in Fig» h a als veränderliches Potentiometer 5 dargestellte Fehlabglelchwinkel in Digitalform umgewandelt und in den lei« stungslosen Speicher 14 eingeführt· Der Vorgang für Steuerkurs 1 1st nun beendet.

Für die Steuerkurs-2-Setriebewelse wird das Luftfahrzeug 1 um 180° gedreht und entlang der Schwenklinie Nr. 2 ausgerichtet. Das Luftfahrzeug 1 sollte derart auf der Sohwenklinie Nr. 2 angeordnet werden« daß sich das Magnet«

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flußrohr 2 wiederum im wesentlichen über, der gleichen Bodenstelle befindet. Die Lage der Radlinie Hr. 1 in bezug auf die Lage des Magnetflußrohre** wie sie in der Steuerkur·«· 1-Betriebsweise bestimmt wurde, kann dazu verwendet werden» die Ausrichtung des Magnetflußröhreβ 2 in der gewünschten Stellung in der Steuerkurs-2-Betriebsweise au erleichtern.

Nach dieser Ausrichtung wird der Betriebsartenschalter k in die mit Steuerkurs 2 bezeichnete Stellung gebracht« Die Fehlabgleichinformation M₂ wird in der in bezug auf den Fehlabgleich M₁ beschriebenen Weise gewonnen und in die Eichvorrichtung 3 eingeführt« Die neuen Vektorbeziehungen zwischen dem Brdfeld H , dem Steuerkure Mo (wobei #₂ * ^₁ + ^18O° ^ist)» ^d*^m Fehlabgleich M₂ und den

Längs- und Querkomponenten (H ), bzw. (H ). des permanent-

p χ ρ *

magnetischen Feldes des Luftfahrzeuge» sind in Fig. 2 b gezeigt»

Die Vektorresultierende des Erdfeldes und des permanentmagnet! sehen Feldes entlang der Längsachse und der Querachse kann wie folgt ausgedrückt werdent

cos (Ji₁ +M₂) +

* ^He ^0±n Wi *

Diese Gleichungen stellen da· auf das Magnetflußrohr 2 wirkenden Magnetfelder dar» und die äquivalenten aufhebenden Felder würden notwendigerweise wie folgt geschrieben!

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Xn der Steuerkure-2-Betriebswelee erfolgt die oben unter Bezugnahme auf-(H₁J₁ und (H₁)_t beschriebene Signalverarbeitung in bezug auf (Hg)₁ und (H₂)_t, jedoch mit der Ausnahme, daß bei Betätigung des LSSE-Schalters 15 (H-J)₁ von (Hg)₁ und (H₁)^ von (H2)_t in der Datenverarbeitungseinheit 10 abgezogen wird. Es sei daran erinnert, daß die Ausdrücke (H₁J₁, (H₁ ) ^₉ IHg)₁ und (H₂)_t Signale darstellen, die gleich und entgegengesetzt zu ihren jeweiligen resultierenden Signalen für jede Achse bei jedem Steuerkurs sind. Daher stellen sie aufhebende Felder dar· Die mathematischen Darstellungen für das mittlere Aufhebungsfeld können wie folgt geschrieben werden:

f C ** ^Μ* ^COß

(H₁₂)

H₇-

—<L sin (Ji₁ + M₂) + sin

Be ist zu erkennen, daß diese Berechnung die Komponenten (H )_ und (H ). des Permanentfeldes aufhebt, und das verbleibende Signal ist das Signal, das da« zur Aufhebung der Wirkung des Erdfeldes H- erforderliche Signal darstellt. Da anzunehmen ist, daß bestimmte Fehlabgleichfehler auftreten, werden die Signale (H₁^)₁ und (H₁₂)_t über den Winkel gedreht, der durch ^M2 - ^fi1 dargestellt ist

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und irgendein Fahler aufgrund alner FehlauSFiohtung wird •antlioh verringert. -

Die Schwerik-Betriebsweiee das Vorganges kann zunächst einfacher unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben werden» Das Magnetflußrohr 2 stellt das Magnetflußrohr dar, das den folgenden Magnetfeldern und Fehlerquellen unterworfen ist:

H stellt das horizontale Erdmagnetfeld dan H stellt das * ρ

du>oh das Luftfahrzeug und seine Bauteile hervorgerufene

Permanentmagnetfeld dart H . stellt die von dem elektro-

mxBC

nisehen Lagen- und Steuerkurs-Bezugssystem oder der SteuersySternschaltung hervorgerufenen Fehler dar* Eine Summierverbindung 16 stellt den Punkt der Einfügung des Korrektursignals H dar» um die H und H . -Signale zu nullen. Ein Steuersystem 18 erzeugt die äquivalenten Erdfeld-Auf hebungssignale (H₁₂)i» ^i2^t* ^{die auf den aus}eewählten Steuerkurs gedreht sind und überträgt sie an eine Summierverbindung 19, und das Erdmagnetfeldsignal H_e ist aufgehoben.

Das Steuersystem 18 überträgt außerdem an die Summierverbindung 19 ein Signal H , das ein Standard-Erdfeld an dem ausgewählten Schwenk-Steuerkurs darstellt. Eine Stromquelle 20, die ein Stromservo sein kann, spricht auf den Ausgang der Summierverbindung 19 an und unterwirft das Magnetflußrohr 2 einem Feld, das äquivalent zu dem ausgewählten Schwenk-Steuerkurs und einem Signal ist, das H . dar-

mxsc

stellt. Aus Klarbeitsgründen können die dem Magnetflußrohr 2 während der Schwenkbetriebsweise aufgeprägten Magnetfelder und Signale mathematisch alst

^Hp * «12 * ^Hs - «misc ^{+ H}c

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dargestellt werden, wobei sich H und H aufgrund der magnetischen Umgebung ergeben« H₁₉ und H durch das Steuersystem erzeugt werden« H . sich aus der elektronischen

Jtr ι,, SC.

Schaltung ergibt und H- die Korrektureinfügung zur Nullung

der Fehler ist.

Der Magnetflußrohrausgang wird einem Verstärker 21 zugeführt, der eine Signalanpassungs- und Demodulationsschaltung darstellt· Der Auegang des Verstärkers 21 wird der Summierverbindung 16 zugeführt. Die Summierverbindung 16 empfängt außerdem einen Eingang H von dem Fehlerkompensationsnetzwerk 7 (FIg* ^ a)» das das Signal darstellt, das erforderlich ist, um das an den Anzeiger 17 dargestellte Fehlersignal zu nullen. Der den Magnetflußrohr-Ausgang und das Korrektursignal einschließende Ausgang der Summierverbindung 16 wird mit den anderen Eingängen (H₁₂, H ) an der Summierverbindung 19 summiert* Der Ausgang der Stromquelle 20 umfaßt dann im wesentlichen lediglich das Schwenksignal H , da das Erdfeld H genullt wurde, sowie H . · Der Ausgang der Stromquelle wird außerdem einer Summierverbindung 22 zugeführt, die außerdem einen Eingang H von dem Steuersystem 18 empfängt, der das äquivalente Erdmagnetfeld an dem ausgewählten Schwenk-Steuerkurs darstellt. Der Ausgang der Summierverbindung 22 stellt den Fehler dar, der an dem Ausgang des Stromservo 8 (Fig· k a) vorhanden ist und würde das Luftfahrzeug-Steuerkurs-Steuersystem beeinflussen* Dieses Signal wird an dem Anzeiger 17 umgewandelt, um eine Darstellung der Polarität und Größe des Fehlersignals darzustellen. Somit stellt der Anzeiger 17 eine sichtbare Darstellung der Größe dea Fehlers an irgendeinem ausgewählten Steuerkurs dar*

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In einer ausführlicheren Erklärung der Schwenk-Betriebsweise wird auf die Figuren 3,4a und 4 b Bezug genommen. Die Schwenk-Betriebsweise wird an dem Eichvorrichtungs-Betriebsartensohalter 4 ausgewählt, der die Kontakte A, B und C schließt* Die aus den Steuerkura-1- und Steuerkurs-2-Betriebsweisen berechneten und in dem leistungslosen Speicher 14 gespeicherten mittleren Aufhebungsfeld-Koordinaten (H₁₂K und (H₁₂)j. werden mit Hilfe der digitalen Datenverarbeitungseinheit 10 des elektronischen Lagen- und Steuerkurs-Bezugssystems über den Winkel für den Steuerkurs der Schwenklinie Nr. 2 gedreht. Die sich ergebenden gedrehten Koordinaten werden über den Konverter 11 an die Kompaß-Eichvorrichtungs-Abtast- und Speicherschaltung 12 der Eichvorrichtung 3 geführt und stellen den tatsächlichen Steuerkurs des Luftfahrzeuges oder den für einen Fehlabgleich korrigierten Schwenklinien-Steuerkurβ dar.

Der Steuerkurs-Vähler 23 der Eichvorrichtung 3 weist eine Gruppe von auswählbaren, den Schwenk-Steuerkurs darstellenden Steuerkursen auf und kann irgendeiner von 24 Steuerkursen sein. Der gewünschte Schwenk-Steuerkurs wird durch den Steuerkurs-Vähler 23 bestimmt, und die äquivalenten Feld-Koordinaten eines (in der Datenverarbeitungseinheit 10 gespeicherten) Standard-Erdfeldes werden durch die Datenverarbeitungeeinheit 10 gedreht. Die sich ergebenden Koordinaten des Schwenk-Steuerkursfeldes werden durch den Konverter 11 für eine Speicherung in der Abtast- und Speicherschaltung 24 der Eichvorrichtung 3 verarbeitet.

In dem Stromservo 8 hebt der Ausgang der Abtaat- und Speicherschaltung 12 wirksam den Erdfeld-(H₉)-Ausgang des Magnetflußrohres 2 auf. Gleichzeitig bewirkt der Ausgang

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der Abtaet- und Speicherschaltung 24, das der Stromservo •in Auegangssignal von dsm Azimuth-Detektor liefert, das den ausgewählten, durch den Steuerkurewähler 23 bestimmten Steuerkurβ darstellt. Der Ausgang des Stromservo 8 wird über den Konverter 9 an die Datenverarbeitungseinheit 10 geführt. Die Datenverarbeitungseinheit 10 vergleicht den Ausgang des Stromservo 8 mit dem ausgewählten Steuerkurs· Venn hier ein Unterschied auftritt, ist ein Fehler gegeben· Ein den Fehler darstellendes Signal wird durch den Binär/ Dezimalwandler 25 verarbeitet und dem Anzeiger 17 zugeführt« Der Anzeiger 17 umfaßt in seinem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine logische Schaltung, die das Vorzeichen und die Größe des empfangenen Fehlereignale bestimmen kann, und zwei Ziffern mit der richtigen Polarität darstellt« Jede der Ziffern kann, wie gezeigt, durch eine numerische Sieben-Segment-Darstellung dargestellt werden« Bin Winkel, der nicht größer ist als + oder - 9,9°« wird dargestellt. FUr größere Winkel ergibt der Anzeige? keine Anzeige*

Eine Bedienungsperson kann nun das Kompensationsnetswerk 7 zusammen mit dem an den Anzeiger 17 dargestellten Fehler einstellen, um den Fehlerausgang der Datenverarbeitungseinheit 10 am ausgewählten Steuerkurβ zu verringern« Das Kompensationsnetzwerk 7 spannt im Ergebnis den Stromservo 8 derart vor, daß dessen Ausgang stärker angenähert an den gewünschten Ausgang für irgendeinen ausgewählten Steuerkurs angepaßt ist. In einer für den Fachmann gut bekannten Art werden die Eintakt- und Zweitakt-Fehler bestimmt, und geeignete kompensationswerte werden über dae Netzwerk 7 in das System eingeführt, um diese Fehler zu nullen«

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Nachdem die dargestellten Fehler durch die Verwendung des Kompensationsnetzwerkes 7 auf annehmbare Werte verringert wurden, ist die Schwenk-Betriebsweise beendet. Der Betriebsarten-Schalter k wird in die mit NORM bezeichnete Stellung zurückgeführt, und die Eichvorrichtung kann von dem Fahrzeug oder Luftfahrzeug 1 getrennt werden· Der Elchvorgang ist nunmehr beendet.

Bin hauptsächlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine kompakte, schnelle und einfach zu bedienende Eichvorrichtung für magnetische Kompasse geschaffen wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie ein Kompaß-Eichsyβtem schafft, das lediglich zwei Fahrzeug-Steuerkurse zur Bestimmung der Fehler des magnetischen Detektors erfordert*

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie ein Kompaß-Eichsystem ergibt, das einen Teil der vorhandenen elektronischen Steuerausrüstung des Fahrzeuges zur Berechnung des Deviationsfehlers verwendet. Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß sie ein Eichsystem ergibt, das mit oder ohne Kompaßrose verwendet werden kann, und ein System, das in einfacher Weise nach der Ladung des Fahrzeuges verwendet werden kann.

Patentansprüche ι

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Claims

Patentansprüche

l,j Eichverfahren für einen in einem Fahrzeug angeordneten magnetischen Detektor« gekennzeichnet durch die Ableitung eines Ausgangssignals von dem Detektor (2) an jedem von zwei magnetischen Steuerkursen des Fahrzeugs (l), wobei die Steuerkurse um ungefähr l8O° winkelmäßig verschoben sind, Kombination jedes Ausgangs der Steuerkurse zur Erzielung eines ersten resultierenden Signals, Aufprägen einer einem vor ausgewählten Steuerkurs äquivalenten Erregung auf den Detektor (2) zur Erzeugung eines dem vorausgewählten Steuerkurs äquivalenten Ausgangssignals von dem Detektor, Berechnung des erwarteten Ausgangssignals des Detektors (2) an dem vorausgewählten Steuerkurs, Kombination des Detektorausgangssignala an dem vorausgewählten Steuerkurs mit dem berechneten Detektor ausgangssignal und dem ersten resulierenden Signal zur Erzeugung eines zweiten resultierenden Signals, Darstellung des zweiten resulierenden Signals und Einstellung des Ausgangs von dem Detektor (2) zur Verringerung des Wertes des zweiten resultierenden Signals auf einen möglichst geringen Wert, wodurch die Deviations-Fehler in dem Detektor (2) kompensiert werden.

2. _i Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schritt der Ableitung eines Ausgangs signals von dem Detektor (2) die Ausrichtung des Fahrzeuges (l) auf einen ersten Steuerkurs, die Speicherung des Aiiisgsagssignals des Detektors (2) an diesen ersten Steuerkur», die Neuausrichtung des Fahrzeuges (1) auf einen zweiten vm ungefähr l80° gegenüber dem ersten Steuerkurs versetzten

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und Gewinnung eines Ausgangssignals des Detektors (2) bei diesem zweiten Steuerkurs umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Modifikation des Ausgangssignals bei dem ersten Steuerkurs gegenüber einer Fehlausrichtung des Fahrzeuges (l) mit dem ersten Steuerkurs und Modifikation des Ausgangssignals des zweiten Steuerkurses für eine Fehlausrichtung des Fahrzeuges (l) mit dem zweiten Steuerkurs.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ableitung der Ausgangssignale von dem Detektor die Umwandlung des Detektorausganges von einem Analogsignal in ein entsprechendes erstes Digitalsignal und Speicherung des ersten Digitalsignals in einem Speicher umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Zusammenfassung die Umwandlung des Detektorausgangssignals bei dem zweiten Steuerkurs von einem Analogsignal in ein entsprechendes zweites Digitaleignali die Kombination des gespeicherten ersten Digitalsignals mit dem zweiten Digitalsignal zur Erzielung eines ersten resulierenden Signals und die Umwandlung des ersten resultierenden Signals von einem Digitalsignal in ein analoges Signal umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Sohritt der Aufprägung einer Erregung auf den Detektor (2) die digitale Berechnung des Wertes der Erregung und die Umwandlung des Digitalwertes in einen analogen Erregungswert umfaßt« wobei der Analogwert dem Detektor aufgeprägt wird« und daß der Schritt der Berechnung die digitale Berechnung des Wertes des erwarteten Ausgangssignals des

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Detektors an dem vorausgewählten Steuerkurs und die Umwandlung des Digitalwertes in einen Analogwert umfaßt·

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge· kennzeichnet* daß der Kombinationsschritt die algebraische Addition der Analogwerte des Detektorausganges, des berechneten Detektorausganges und des ersten resultierenden Signals umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Darstellung die Umwandlung des zweiten resultierenden Signals von einem Analogwert in einen Digitalwert, die Umwandlung des Digitalwertes in einen binärcodierten Dezimalwert und die Darstellung des binärcodierten Dezimalwertes auf einem Anzeiger (17) umfaßt.

9. Eichsystem für in einem Fahrzeug angeordnete magnetische Detektoren zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzei ohne t durch auf den Detektor (2) ansprechende Einrichtungen zur Lieferung eines Ausgangssignals, Einrichtungen (10, Ik) zur Kombination des Ausgangs des Detektors (2) an jedem von zwei vorherbestimmten Steuerkür sen ,die um ungefähr l80° winkelmäßig versetzt sind, um einen äquivalenten Wert des Erdmagnetfeldes zu gewinnen, Einrichtungen zur Erregung des Detektors

(2) zur Erzeugung eines ausgewählten künstlichen Steuerkursausganges von dem Detektor (2), Einrichtungen zur Berechnung des erwarteten Ausgangs des Detektors (2) an dem ausgewählten Steuerkurs, Einrichtungen zur-algebraischen Addition der Ausgänge der Kombinationseinrichtung (10, 14), des erregten Detektors und der Recheneinrichtungen zur Erzielung eines resultierenden Signals, Einrichtungen (17, 25) zur Darstellung

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des Unterschiedes zwischen dem resultierenden Signal und dem erwarteten Detektorausgang, und Einrichtungen (7) snir Kompensation des Ausgangs des Detektors (2) entsprechend des dargestellten Unterschiedes zur Verringerung dieses Unterschiedes.

10. Eiohsystem naoh Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet« daß der magnetische Detektor (2) ein vorgeeichtes und vorindiziertes Magnetflußrohr umfaßt»

11. Eichsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtungen (10, l4) betriebsmäßig mit dem Detektor (2) verbundene Datenverarbeitungseinrichtungen (10) zur Erzeugung eines dem Detektorausgangssignal an einem ersten Steuerkurs entsprechenden digitalen Signal und zur Erzeugung eines weiteren, dem Detektorausgangssignal an einem zweiten, um ungefähr l80° von dem ersten Steuerkurs versetzten Steuerkurs entsprechenden Signals und Speicherelnriohtungen (14) zur Speicherung des an dem ersten Steuerkurs gewonnenen digitalen Signals umfaßt, und daß die Datenverarbeitungselnriohtung ein Signal liefert, das dem Unterschied zwischen dem gespeicherten Signal und dem weiteren Signal entspricht«

12« Eichsystem nach Anspruoh 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtungen (10, I¹O weiterhin erste Einrichtungen zur algebraischen Addition des digitalen Signals an dem ersten Steuerkurs mit einem der Fehlausrichtung des Fahrzeuges (1) und dem ersten vorgegebenen Steuerkurs entsprechenden Signal und zweite Einrichtungen zur algebraischen Addition des digitalen Signals an den zweiten Steuerkurs mit einem der Fehlausrichtung des Fahrzeuges (1) und dem zweiten Steuerkurs entsprechenden Signal umfaßt.

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IjJ, Eichsystem nach einem der vorhergehenden Anspruches dadurch gekennzeichnet* daß die Barstellimgseinrichtungen (17, 25) Einrichtungen (25) zur Umwandlung des Unterschiedssignals, in ein binärcodiertes Dezimalsignal« Sin·»» richtungen (17) zur Darstellung des codierten Signals als numerische Darstellung und Einrichtungen ssur zusätzlichen Darstellung des Vorzeichens des Signals umfassen,

14. Magnetkompaßsystem für navigierbare Fahrzeuge, bei dem ein in dem Fahrzeug eingebauter magnetischer Detektor die Richtung der Erdmagnetfeldes in bezug auf den Steuerkurs des Fahrzeuges feststellt und ein entsprechendes Wechselstromsignal liefert, daduroh gekennzeichnet, daß das System eine Servoeinrichtung mit geschlossener Schleife zur Erzeugung von zu dem Kompaßsignal proportionalen Oleiohstromsignalen einschließt, die zu dem Detektor (2) zurückgeführt werdenj, um das Wechselstromsignal zu Null zu machen, wobei diese Gleichstromsignale proportional zum magnetischen Steuerkurs des Fahrzeuges (l) sind, daß weiterhin auf die Gleichstromsignale ansprechende Signalverarbeitungsschaltungen zur Lieferung von zum magnetischen Steuerkurs des Fahrzeuges (1) proportionalen Ausgangssteuersignalen vorgesehen sind, daß das Magnetkompaßsystem Vorrichtungen zur Eichung des magnetischen Detektors (2) gegenüber den Wirkungen Örtlicher Magnetfelder in dem Fahrzeug einschließt, wobei die Eichvorrichtung Elchbetriebsarten-Wähleinrichtungen zur Einschaltung der Signalverarbeitungsschaltungen in die Detektor-Servoschleife, Einrichtungen zur Lieferung eines dem Untersahled zwischen den Ausgängen des Detektors (2) an jeweils zwei um ungefähr l80° versetzten Steuerkursen des Fahrzeuges entsprechenden Ausgangs zur Lieferung eines das Erdfeld aufhebenden Signals, Einrichtungen zur Erzeugung einer Anzahl von ausgewählten Steuerkursen des Detektors (2) entsprechenden

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Signals, Einrichtungen zur algebraischen Kombination des das Erdfeld aufhebenden Signals mit jedem der Anzahl von erzeugten Signalen zur Erzeugung eines Summiersignals, Einrichtungen zur Einführung des das Erdfeld aufhebenden Signals und des Summiereignals in die Servosohleife, so daß das Gesamtsignal in der Servoschleife ein dem tatsächlichen Steuerkurs des magnetischen Detektors (2), ein das Erdfeld auflösendes Signal, ein ausgewähltes Steuerkurssignal und ein Deviatlons-Fehlersignals, Einrichtungen zur Abtrennung des Deviations-Fehlersignals, Einrichtungen (17) zur Darstellung des Deviationssignals und Einrichtungen zur Einführung eines Signals in die Servoschleife zur Verringerung dieses dargestellten Signals einschließt.

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