DE2211063A1

DE2211063A1 - Verfahren und vorrichtungen zum bestimmen der position eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE2211063A1
Application number: DE2211063A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Helms
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1972-03-08
Filing date: 1972-03-08
Publication date: 1973-09-20
Also published as: US3849636A; IT988603B; FR2175168A1; SE388035B; JPS5528323B2; NL7303092A; NO136661B; CA992653A; NO136661C; GB1424588A; JPS48102659A; DE2211063B2; FR2175168B1

Description

FIRMA FRIED.KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen

Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs ausgehend von einer beliebigen bekannten Anfangsposition, unter Verwendung eines nordsuchenden Kreiselkompasses an Bord des Fahrzeugs für eine Richtungsangabe der Längsrichtung des Fahrzeugs bezüglich der geographischen Nordrichtung als Nordrichtungs angabe und unter Verwendung einer Bewegungsmeßeinrichtung an Bord des Fahrzeugs für Bewegungskomponenten über Grund in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs, mit Integration der Bewegungskomponenten zu Wegstrecken, mit Transformation der Wegstrecken zu Wegkomponenten in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung unter Verwendung der momentanen Nordrichtungsangabe und Hinzuaddieren der beiden Wegkomponenten zur Anfangsposition, unter Berücksichtigung der für Kreiselkömpasse typischen Systemfehlerwinkel in der Nordrichtungsangabe bei Fahrzeugmanövern, und Vorrichtungen zum Ausüben des Verfahrens.

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EV 42/72

Die Position eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schiffs oder eines Flugzeugs, ist durch Angabe von geographischer Breite und geographischer Länge der Erde bestimmt. Den klassischen astronomischen Hilfsmitteln zum Bestimmen der momentanen Position eines Fahrzeugs dient zur Kursbestimmung beispielsweise ein Sextant, und zum Bestimmen des zurückgelegten Wegs wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen und über die Zeit,in der dieser Weg zurückgelegt wurde, integriert; daneben sind verschiedene Funkortungssysteme bekannt, insbesondere neuerdings die Satellitennavigation und seit längerem die Hyperbelnavigation.

Eine Positionsbestimmung beispielsweise eines Schiffs auf hoher See ist bei Funkortungssystemen nicht in jedem Fall genau genug, um Anforderungen zu erfüllen, die bei einer Vermessung beispielsweise von Meeresprofilen oder bei Positionierungs- oder anderen Forschungsarbeiten gestellt sind, da beispielsweise durch Mehrwegeausbreitungen der elektromagnetischen Wellen Fehler in der Positionsbestimmung auftreten. Außerdem ist die Genauigkeit bei astronomischen Hilfsmitteln und Funkortungssystemen von Wetterbedingungen und Tageszeit

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abhängig. Von besonderem Nachteil sind bei der Satellitennavigation die Wartezeiten, bis der Satellit wieder über dem Teil der Erde auftaucht, wo sich das Fahrzeug befindet« In der Zwischenzeit ist eine Positionsbestimmung hiernach nicht möglich. Außerdem sind bei der Satellitennavigation noch zusätzliche Einrichtungen an Bord des Fahrzeugs zum Aufnehmen von Geschwindigkeit und Kurs des Fahrzeugs notwendig.

Zum Ermitteln des zurückgelegten Wegs werden Bewegungsmeßeinrichtungen verwendet, wie sie heutzutage insbesondere bei Trägheitsnavigationssystemen in Form von mechanischen Beschleunigungsaufnehmern auf einer stabilisierten Plattform und bei Dopplernavigationssystemen in Form von Geschwindigkeitsaufnehmern benutzt werden, die nach dem Rückstrahlortungspririzip arbeitend

Bei der Kursbestimmung geht es um die Lage bzw. die Richtung des zurückgelegten Wegs über Grund, angegeben in geographischer Länge und Breite. Bezug ist im allgemeinen die geographische Nordrichtung, die beispielsweise durch eine einfache Kompaßnadel oder einen nordsuchenden Kreiselkompaß an Bord des Fahrzeugs angezeigt wird.

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Mit für kommerzielle Zwecke vertretbarem Aufwand ist bisher noch kein landunabhängiges Navigationssystem bekannt geworden, das es erlaubt, lückenlos ohne Kursfehler die genauen Positionen eines Fahrzeugs zu bestimmen, da mechanisch hochkompliziert stabilisierte Kreiselkompaßsysteme, die auch bei Fahrzeugmanövern fehlerfrei arbeiten, für normale Navigationszwecke viel zu teuer und aufwendig sind.

Eine schon bekannte Verbesserung in der Genauigkeit der Positionsbestimmung hat die Benutzung zweier Bewegungsmeßeinrichtungen mit je einem einfachen Kreiselkompaß erbracht, nämlich eine Kombination eines Trägheitsnavigationssystems mit einem Dopplernavigationssystem, wie sie in der deutschen OS 1 923 88^ beschrieben ist. Abgesehen vom großen Aufwand an Bewegungsmeßeinrichtungen ist diese Kombination aber schon dort für Positionsbestimmungen über längere Zeiten als unbrauchbar bezeichnet, da die Genauigkeit über der Zeit abnimmt.

Für längere Missionszeiten, beispielsweise für Schiffe, die Wege in unvergleichbar viel längeren Zeiten als Flugzeuge zurücklegen, ist eine Kombination aus einem

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Trägheits- oder Dopplernavigationssystem, das landunabhängig arbeitet, und einem landabhängigen Funkortungssystem bekannt. Der Vorteil dieser Kombination liegt hauptsächlich darin, daß Auswirkungen von systemeigenen Fehlern des einen Systems durch Stützmessungen jeweils mittels des anderen Systems korrigiert werden (vgl. Interocean*70, Internationaler Kongreß mit Ausstellung für Meeresforschung und Meeresnutzung, Band 1 Ubersichtsreferate: Graefe, Maaß "Ortungs- und Kommunationsverfahren"). Der schaltungstechnische Aufwand und der Aufwand an Meßeinrichtungen zum Aufnehmen der Bewegung des Fahrzeugs und der Meßdaten des Funkortungssystems ist bei diesen kombinierten Systemen aber sehr hoch, da beide Systeme einander artfremd sind.

Auf Stützmessungen mit Funkortungssystemen kann umso mehr verzichtet werden, je genauer das kontinuierliche Bestimmen der Position mit dem landunabhängigen Navigationssystem an Bord erfolgt.

Im Normalfall enthält das landunabhängige Navigationssystem eine Bewegungsmeßeinrichtung und einen nordsuchenden Kreiselkompaß, die beide an Bord des Fahrzeugs

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installiert sind. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung wird bei jedem landunabhängigen Navigationssystem allein von der Güte der Bewegungsmeßeinrichtung und von den Fehlern bei der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses bestimmt.

Für genaue Messungen der Bewegungskomponenten in Längsund Querrichtung des Fahrzeugs sind Bewegungsmeßeinrichtungen bekannt, wie sie bei der Trägheitsnavigation zur Beschleunigungsmessung und bei der Dopplernavigation zur Geschwindigkeitsmessung benutzt werden. Als größte Fehlerquelle hat sich bei beiden Systemen der für die Nordrichtungsangabe benutzte nordsuchende Kreiselkompaß erwiesen, abgesehen von den zusätzlichen Fehlern in der Horizontalstabilisierung der die Beschleunigungsaufnehmer tragenden Plattform beim Trägheitsnavigationssystem.

Auf die Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses wirkt sich jedes Fahrzeugmanöver, d.h. jede Änderung der Bewegung des Fahrzeugs, fehlerhaft aus, da auf den Kreiselkompaß dann zusätzliche Kräfte aufgrund von Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs

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einwirken. Diese Kräfte rufen Fehler in der Nordrichtungsangabe sowohl in der Azimutebene wie auch in der Elevationsebene hervor, die als sogenannten Systemfehlerwinkel des Kreiselkompasses bekannt sind.

Die Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses ist eine Winkelangabe zwischen der Längsrichtung des Fahrzeugs und der Figurenachse des Kreiselkompasses. Dieser Winkel ist nur dann gleich dem Winkel zwischen der Längsrichtung und der geographischen Nordrichtung, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt und sich der Kreiselkompaß im eingeschwungenen Zustand befindet. Die Nordrichtungsangabe wird jedoch sofort durch Systemfeh\erwinkel verfälscht, wenn das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt oder gar beschleunigt. Um den wahren Winkel zwischen der geographischen Nordrichtung und der Längsrichtung des Fahrzeugs zu ermitteln, müssen die Systemfehlerwinkel aufgrund von Fahrzeugmanövern bestimmt werden. Diese Systemfehlerwinkel sind zeitabhängige

Größen, deren Verhalten in Bewegungsgleichungen been
schrieben veräf die,aus der Kreiselphysik bekannt sind.

In den Bewegungsgleichungen ist der funktionale Zusammenhang zwischen momentanen Systemfehlerwinkeln

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und Geschwindigkeit sowie Beschleunigung in Nor.d/Süd- und Ost/West-Richtung des Fahrzeugs dargestellt, die für den nordsuchenden Kreiselkompaß beispielsweise in "Sonderdrucken aus dem Ingenieursarchiv" Band VI, 1935, "Kreiselmechanik des.Anschütz-Raumkompaeses" und Band IV, 1933, "Kreiselkompaß und Schiffsmanöver" beschrieben sind.

Diese Systemfehlerwinkel beeinträchtigen die Genauigkeit der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses ganz erheblich, besonders dann, wenn das Fahrzeug, wie beispielsweise bei Vermessungsarbeiten, laufend seinen Kurs ändert, so daß sich der Kreiselkompaß nie im eingeschwungenen Zustand befindet. Gerade aber bei Vermessungsarbeiten ist es notwendig, daß jederzeit die Position des Fahrzeugs genau bekannt ist, da beispielsweise bei der Meeresvermessung eine exakte Tiefenangabe nur dann sinnvoll ausgewertet werden kann, wenn die zugehörigen Angaben von geographischer Breite und Länge, d.h. der momentanen zugehörigen Position des Vermessungsfahrzeugs, genau bekannt sind.

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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und Vorichtungen zum Ausüben dieses Verfahrens zu schaffen, das es ermöglicht, von einer bekannten Anfangsposition aus laufend trotz beliebiger Fahr-

die
zeugmanöver/genaue momentane Position eines Fahrzeugs zu ermitteln, wozu Systemfehlerwinkel in der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses zu eliminieren sind.

An sich sind schon Verfahren bekannt, die diese Systemfehlerwinkel des nordsuchenden Kreiselkompasses zumindest reduzieren, vergl. z. B. den Aufsatz "Neuartiges " Kreiselkompaßsystem für Marineanwendungen" erschienen in der Zeitschrift "Wehr und Wirtschaft 6 - 1971".

Bei diesen bekannten Verfahren ist, zusätzlich zur ohnehin vorhandenen Bewegungsmeßeinrichtung mit nachgeschalteter Navigationsrechenanlage zur Ermittlung der Position des Fahrzeugs, ein erheblicher Mehraufwand in Form von gesonderten Bewegungsaufnehmern und zumeist sogar Eingriffsmöglichkeiten in den mechanischen Aufbau des Kreiselkompasses erforderlich (siehe z.B. deutsche

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Auslegeschrift Nr. 1 303 ^95)· Navigationsrechenanlagen als solche sind bekannt (vergl. deutsche Offenlegungsschrift 2 030 921), durch die neben der Positionsberechnung auch eine magnetische Mißweisung des nordsuchenden Kreiselkompasses aufgrund der unterschiedlichen Lage des geographischen und des magnetischen Nordpols kompensiert wird.

Im Bahraen der beschriebenen Aufgabe gilt es nun, für die genaue Positionsbestimmung auch' Systemfehlerwinkel des nordsuchenden Kreiselkompasses mit möglichst geringem schaltungstechnischen Aufwand und ohne Eingreifen in den Bewegungsablauf des Kreiselkompasses zu eliminieren.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß aus den Bewegungskomponenten Geschwindigkeitskomponenten in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs gewonnen werden,

daß aus den Geschwindigkeitskomponenten ein Betrag einer resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs und ein Geschwindigkeitswinkel zwischen der Richtung

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der resultierenden Geschwindigkeit und der Längsrichtung des Fahrzeugs bestimmt wird,

daß aus dem Geschwindigkeitswinkel, der resultierenden Geschwindigkeit, der geographischen Breite der vor einem Zeitintervall innegehabten Position und der Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses über in der Navigation als solche an sich bekannte trigonometrische Beziehungen eine momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs in angenäherter Nordrichtung und eine momentane Geschwindigkeit in angenäherter Ostrichtung bestimmt werden, daß ein Differenzenquotient aus einer Geschwindigkeit in angenäherter Nordrichtung, die vor dem Zeitintervall gewonnen wurde, abzüglich der momentanen Geschwindigkeit in angenäherter Nordrichtung bezogen auf das Zeitintervall gebildet wird, der gleich einer momentanen Beschleunigung des Fahrzeugs in angenäherter Nordrichtung ist,

daß ein weiterer Differenzenquotient aus einer Geschwindigkeit in angenäherter Ostrichtung!die vor dem Zeitintervall gewonnen wurde, abzüglich der momentanen Geschwindigkeit in angenäherter Ostrichtung bezogen auf das Zeitintervall gebildet wird, der gleich einer momentanen Beschleunigung des Fahrzeugs in ange-

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näherter Ostrichtung ist,

daß aus den Geschwindigkeiten und den Beschleunigungen in angenäherter Nordrichtung und angenäherter Ostrichtung und der geographischen Breite der vor dem Zeitintervall innegehabten Position nach den in der Kreiselphysik bekannten Bewegungsgleichungen für Systemfehlerwinkel auch ein momentaner Systemfehlerwinkel in der Azimutebene gewonnen wird, daß dieser Systemfehlerwinkel, der Geschwindigkeitswinkel und die Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses zum wahren Eichtungswinkel zwischen geographischer Nordrichtung und Richtung der resultierenden Geschwindigkeit zusammengefaßt werden und

daß aus diesem wahren Richtungswinkel und der resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs - nach ihrer Integration über das Zeitintervall zu einem resultierenden Weg - durch Koordinatenzerlegung die Wegkomponenten in Nord/Süd- Richtung und Ost/West-Richtung gewonnen werden, die zur vor dem Zeitintervall innegehabten Position zuaddiert die momentane Position des Fahrzeugs ergeben·

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also allein aus den ohnehin für die Positionsbestimmung durch die Bewegungsmeßeinrichtung zu messenden Größen, nämlich aus den Bewegungskomponenten in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs, eine Korrektur der Nordrichtungsangabe eines nordsuchenden Kreiselkompasses hergeleitet. Zusätzliche Meßwertaufnehmer, die beispielsweise zusätzlich Beschleunigungskomponenten des Fahrzeugs ermitteln, wenn die Bewegungsmeßeinrichtung Geschwindigkeitskomponenten aufnimmt, werden folglich - im Gegensatz zu den bekannten Verfahren für eine Korrektur der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses nicht mehr benötigt. Rechenschaltungen zum Bestimmen des Systemfehlerwinkels stellen keinen bedeutenden zusätzlichen Aufwand dar, da schon für die Positionsbestimmung allein Rechenschaltungen benutzt werden müssen, die in der Navigationsrechenanlage zusammengefaßt sind; und leicht zur Übernahme auch weiterer Rechenaufgaben erweitert werden können.

Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß trotz beschränkten Aufwands, der kommerziellen Zwecken angepaßt ist, eine überaus genaue

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und lückenlose Positionsbestimmung des Fahrzeugs unabhängig von Landstationen durchgeführt wird. Weiterhin ist es sehr günstig, daß das Verfahren nicht für einen speziellen Kreiseltyp ausgelegt ist, daß vielmehr ei,n beliebig gestalteter, insbesondere ein einfacher nord-^ suchender Kreiselkompaß in der billigsten Ausführungs- χ form für diese genaue Positionsbestimmung benutzt werden kann, unabhängig davon, ob es sich um ein ungedämpftes Kreiselsystem oder um ein solches mit beliebig ausgestalteter Dämpfung handelt; denn in den Bewegungsablauf des Kreiselkompasses wird nach dieser Erfindung nicht eingegriffen, sondern eine Korrektur der Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses erfolgt in einer separaten Additionsschaltung, wodurch im Gegensatz zu den bekannten Verfahren nicht nur erheblich an Aufwand gespart, sondern auch noch an Betriebssicherheit gewonnen wird.

Aus den gemessenen,- fahrzeugbezogenen Bewegungskomponenten, die - abhängig vom 4er- gewählten> Bewtsgungßmeß-^ i i? K einrichtung - Beschleunigungs*- oder Geschwindigkeitskomponenten in Längs-'und Querrichtung des Fahrzeugs

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sind, werden nicht nur über Integration, wie-bishery -' der resultierende Weg, den das Fahrzeug·zurückgelegt hat, sondern nach dieser Erfindung darüberhinaus momentane Systemfehlerwinkel in der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses gemäß seinen aus der Kreiselphysik bekannten Bewegüngsgledchungen besimmt.

Diese Bewegungsgleichungen geben die zeitliche Abhängigkeit der Systemfehlerwinkel von Geschwindigkeit und Beschleunigung·des Fahrzeugs in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung an. Zum"Lösen dieser Bewegungsgleichungen wäre es daher an sich notwendig, Geschwindigkeit·. und Beschleunigung -"Ü*e „jahrzeugs in Komponenten zu zerlegen, deren Siclittiffjen in Nord/Süd- und Ost/West-Sichtung weisen. Ba äÖÄffi»exakten Nerd/Süd- und Ost/ West-Sichtungen abe^^paset 6LT*ittelt werden sollen^ also zunächst noch gar nicht bekannt sind, wird nach dieser Erfindung einfach von einer a^gJfliÄherten Nordrichtung und angenäherten Ostrichtung ausgegangen, auf die dann die resultierende Geschwindigke-it und Beschleunigung bezogen werden. Diese angenäher.te Nord- und angenäherte Ostrichtung wird dabei aus einer ersten

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Hilfsgröße zuzüglich einem Fahrtfehler ermittelt. Die erste Hilfsgröße ist gleich der Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses zuzüglich einem'im jüngsten Zeitintervall ermittelten Systemfehlerwinkel - der im ersten Zeitintervall (Ruhelage des Fahrzeug^) gleich Null ist - und abzüglich einem momentanen Geschwindigkeitswinkel. Der Geschwindigkeitswinkel liegt zwischen der resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs und seiner Längsrichtung und wird aus den fahrzeugbezogenen Bewegungskomponenten bestimmt. Der Fahrtfehler, der als solcher in der Navigationstechnik bekannt ist, wird als erster Systemfehlerwinkel aus der ersten Hilfsgröße unter Berücksichtigung der Umfangsgeschwindigkeit der Erde an der zuletzt innegehabten Position und der resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus in der Navigation bekannten Beziehungen zwischen diesen Größen errechnet. Fahrtfehler und erste Hilfsgröße ergeben dann einen Winkel zwischen der resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der angenäherten Nordrichtung, aus dem dann die Geschwindigkeiten in angenäherter Nord- und angenäherter Ostrichtung ermittelt werden.

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Die Beschleunigungen in angenäherter Nord- und angenäherter Ostrichtung werden durch Differenzenquotientenbildung aus jeweils zwei im Abstand eines Zeitintervalls gewonnenen Geschwindigkeiten in angenäherter Nordrichtung und angenäherter Ostrichtung, jeweils bezogen auf das Zeitintervall, abgeleitet.

Beschleunigungen und Geschwindigkeiten in angenäherter Nord- und Ostrichtung werden in die Bewegungsgleichungen des nordsuchenden Kreiselkompasses eingesetzt, deren Lösungen momentane Systemfehlerwinkel in der Azimut- und Elevationsebene sind.

Bei speziellen Anwendungsfällen werden die Systemfehlerwinkel in der Elevationsebene nicht zur Korrektur der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses hinzugezogen, in jedem Fall wird aber der Systemfehlerwinkel in der Azimutebene berücksichtigt, der zusammen mit der Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses einen echten Winkel zwischen der geographischen Nordrichtung undder Längsrichtung des Fahrzeugs ergibt. Dieser echte Winkel allein sagt noch nichts über die

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interessierende Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bezüglich der geographischen Nordrichtung aus. Erst die Differenz zwischen dem echten Winkel und dem Geschwindigkeitswinkel ergibt den Richtungswinkel, der tatsächlich zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und der geographischen Nordrichtung liegt_o Die Bewegungsrichtung und die Richtung des von Fahrzeug zurückgelegten resultierenden Wegs sind aber identisch, der resultierende Weg wird also je^zt mit Hilfe des Richtungswinkels in erdbezogene Wegkompohenten in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung zerlegt. Diese Wegkomponenten werden zur jüngst ermittelten Position hinzuaddiert, wobei eine erste bekannte Position (z.B. bei Beginn einer Schiffsfahrt die Hafeneinfahrt) die Arifangsposition ist.

Die Differenz zwischen dem aus den Bewegungegleichungen im jüngsten Seitintervall gewonnenen Systemfehlerwinkeln in der Azimutebene und dem im jüngsten Zeitintervall gewonnenen Fahrtfehler ergibt im neuen Zeitintervall, für das die neue Position bestimmt wird, zusammen mit der neuen Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses

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und mit dem neu ermittelten Geschwindigkeitswinkel die neue erste Hilfsgröße, aus der der neue Fahrtfehler ermittelt wird. Aus erster Hilfsgröße und neuem Fahrtfehler werden zusammen mit der resultierenden Geschwindigkeit neue Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in angenäherter Nord- und Ostrichtung errechnet, aus denen,in die Bewegungsgleichungen eingesetzt^ die neuen Systemfehlerwinkel ermittelt werden.

Auf diese Weise ist in vorgebbaren Zeitintervallen, also praktisch lückenlos, laufend d-ig exakte Positionsbestimmung eines Fahrzeugs - allein mit Daten aus einer Bewegungsmeßeinrichtung und aus einem einfachen nordsuchenden Kreiselkompaß - möglich.

Eine Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgeraäßen Verfahrens besteht aus der Bewegungsmeßeinrichtung für die Bewegungskomponenten des Fahrzeugs, einer Dateneingabe für die Anfangsposition des Fahrzeugs, dem nordsuchenden Kreiselkompaß und einer an sich bekannten und an Bord von Fahrzeugen üblichen Navigationsrechenanlage, die insbesondere für eine Verarbeitung trigonometrischer Funktionen programmiert ist, wobei die

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Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses, vor Einspeisen in die Navigationsrechenanlage, mit einer Ausgangsgröße eines Systemwinkelrechners, nämlich dem Systemfehlerwinkel, in einer Additionsschaltung zusammengefaßt ist, wobei der Systemfehlerwinkelrechner auf die in der Kreiselphysik bekannten Bewegungsgleichungen für Systemfehlerwinkel des nordsuchenden Kreiselkompasses programmiert ist und eingangsseitig sowohl mit einem Winkelausgang für die Nordrich-

tungsangabe des Kreiselkompasses als auch -über eine Geschwindigkeitswinkelschaltung zum Bilden des Geschwindigkeitswinkels und über ein Rechenwerk zum Bilden der momentanen resultierenden Geschwindigkeit innerhalb der Navigationsrechenanlage - mit der Bewegungsmeßeinrichtung verbunden ist.

In der Navigationsrechenanlage wird in einem Rechenwerk, das mit der Bewegungsmeßeinrichtung verbunden ist, die resultierende Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt. Ist die Bewegungsmeßeinrichtung ein Doppler-Navigationseysfe«, so stehen an ihrem Ausgang die Geschwindigkeitskomponenten in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs an, die unmittelbar dem

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Rechenwerk zugeführt werden. Ist die Bewegungsmeßeinrichtung ein Trägheits-Navigationssystem, so sind die gemessenen Bewegungskomponenten fahrzeugbezogene Beschleunigungskomponenten, die, nach Integration über das Zeitintervall, dem Rechenwerk zugeführt werden.

Ebenfalls in der Navigationsrechenanlage befindet sich die Geschwindigkeitswinkelschaltung, die parallel zum Rechenwerk auch mit der Bewegungsmeßeinrichtung verbunden ist. Die Geschwindigkeitswinkelschaltung enthält einen Quotientenbildner und eine mit einer trigonometrischen Funktion programmierte Rechenschaltung, so daß an ihrem Ausgang der Geschwindigkeitswinkel ansteht.

Der Geschwindigkeitswinkel, die Nordrichtungsangabe und die Systemfehlerwinkel aus dem Systemfehlerwinkelrechner werden in der Additionsschaltung zum Richtungswinkel aufsummiert, der in der Navigationsrechenanlage einer Verknüpfschaltung zugeführt isto

In der Verknüpfschaltung wird die resultierende Geschwindigkeit über das Zeitintervall zum zurückgelegten re-

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sultierenden Weg des Fahrzeuge aufintegriert und mit dem Richtungswinkel über trigonometrische Beziehungen in Wegkomponenten in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung zerlegt.

In der Summierschaltung, die eingangsseitig mit der Verknüpfschaltung und der Dateneingabe für die Anfangsposition verbunden ist, werden die momentanen Wegkomponenten zur jüngst ermittelten Position hinzuaddiert, an deren Ausgang dann die momentane Position des Fahrzeugs erscheint»

Im Systemfehlerwinkelrechner befindet sich eingangsseitig eine Summationsschaltung, die mit dem Winkelausgang des Kreiselkompasses und der Geschwindigkeitswinkelschaltung zum Bilden der ersten Hilfsgröße verbunden ist. Aus der resultierenden Geschwindigkeit, der ersten Hilfsgröße und der geographischen Breite der jüngst ermittelten Position am Ausgang der Summierschaltung in der Navigationsrechenanlage wird in einer Rechenschaltung der erste Systemfehlerwinkel, nämlich der Fahrtfehler, ermittelt. Der Rechenschaltung und der Summationsschaltung ist eine Addierstufe

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nachgeschaltet, die mit einem Geschwindigkeitsbildner verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem Rechenwerk verdrahtet ist. Im Geschwindigkeitsbildner werden über mit trigonometrischen Funktionen programmierte Rechenstufen und Multiplizierschaltungen je eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs in angenäherter Nord- und in angenäherter Ostrichtung gewonnen. In einer nachgeschalteten Differenzenquotientenschaltung, bestehend aus zwei Abtastern, Verzögerungsgliedern und Differenzbildnern, werden die Geschwindigkeiten in Beschleunigungen des Fahrzeugs in angenäherte Nord- und angenäherte Ostrichtung umgerechnet und einem Teilrechner zugeführt, der auf die Bewegungsgleichungen programmiert ist. Dieser Teilrechner liefert die Systemfehlerwinkel, die in der Additionsschaltung mit dem Geschwindigkeitswinkel und der Nordrichtungsangabe den wahren Richtungswinkel ergeben.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens liegt insbesondere darin, daß zu der an sich bekannten Navigationsrechenanlage ein Systemfehlerwinkelrechner hinzugeschaltet wird, ohne

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daß an der ohnehin vorhandenen Navigationsrechenanlage irgendwelche Veränderungen vorgenommen werden. Dieser Systemfehlerwinkelrechner Gesteht aus einfachen programmierten Kechenschaltungen, die aatheaatische Verknüpfungen, wie Summation, Multiplikation, Divißion und Bilden von trigonoaetrischen Funktionen, aueüben« Allein der besondere Teilrechner innerhalb dee Systeafehlerwinkelrechners ist eine kompliziertere Schaltungsgruppe, die geffläß den Bewegnngsgleichungen für den nordsuchenden Kreiselkoapaß fest verschaltet ist.

Ebenfalls ist es natürlich möglich, den Systeiafehlerwinkelrechner allein ohne die gesamte Navigationsrechenanlage einzusetzen, uai die liordrichtungsangabe des Kreiselkompasses bei Fahrzeugmanövern zu korrigieren, wenn nicht auf die Ausgabe von Positioneangaben, sondern nur auf. eine stets höchst genaue Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses Wert gelegt wird.

Es ist fflöglich, den ersten Systeafehlerwinkel, näalich den Fahrtfehler, durch ein an sich bekanntes Gerät, nämlich das sogenannte "Deltagerät", darzustellen}

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besonders vorteilhaft im Rahmen dieser Erfindung ist jedoch eine spezielle Rechenschaltung, die aus mit der cos-Funktion und mit der sin-Funktion programmierten Rechenstufen, einem Verhältnisbildner,, einem Faktorbildner und einer Dividierschaltung besteht, der eine mit der arcsin-Funktion programmierte Rechenstufe nachgeschaltet ist. Diese Lösung ist wesentlich weniger aufwendig als ein separates Navigationshilfsgerät, da innerhalb der Navigationsrechenanlage die notwendigen Hilfsschaltungen (z.B. Taktzentrale) ohnehin zur Verfügung stehen.

Nach einem weiterführenden Gesichtspunkt dieser Erfindung ist es möglich, im Teilrechner des Systemfehlerwinkelrechners nur Systemfehlerwinkel aufgrund von Beschleunigungen des Fahrzeugs in angenäherter Nordrichtung und angenäherter Ostrichtung zu bestimmen; dann wird in der Additionsschaltung zur Ermittlung des Richtungswinkels der vorher gewonnene Fahrtfehler und der nur von der Beschleunigung abhängige Systerafehlerwinkel mit der Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses und dem ' Geschwindigkeitswinkel zusammengezählt. Der Vorteil

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dabei liegt darin, daß der schaltungstechnische Aufwand im Teilrechner geringer wird, weil Geschwindigkeitsinformationen, die schon bei der Bestimmung des Fahrtfehlere ausgenutzt wurden, hier nicht mehr verarbeitet werden.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erde mit verschiedenen Positionen eines Fahrzeuge;

Fig. 2 ein erdbezogenes Koordinatensystem mit Winkelangaben für eine momentane Position des Fahrzeugs,

Fig. J ein erdbezogenes Koordinatensystem mit Winkelangaben für eine um ein Zeitintervall später eingenommene Position des Fahrzeugs,

Fig. k ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens,

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Jig. 5 ein. Blockschaltbild für-"eine Geschwindigkeifes-" winkelsehaltiaiig innerhalb einer Mävigationsrechensnlage., die in Fig'. 4 angegeben ist,

Fig. 6 eine Schaltanordnung für ein Sechenwerk innerhalb der Mavigationsrechenanlage gemäß Fig. 4,

Fig. 7 eine weitere Schaltanordnung für das Bechen- . werk gemäß Fig. h,

Fig. 8 eine Ausfüiirungsforffl eines Systemfehlerwinke3.-rechners aus Fig. %,

Fig. 9 eine modifizierte Aiasführiingsforffl des Systefflfehlerwinkelreckners nach Fig. 8,

Fig. 10 eine Eechensefaaltung für einen Fahrtfehler, Fig. 11 einen Gesckwindigkeitsbildner, Fig. 12 eine Bifferenzenquotientenschaltung,. .'

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Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels

für einen Teilrechner innerhalb des Systeafefalerwinkelrechners nach. Fig. 8,

Fig. 1*f eine Verknüpf schaltung,

Fig. 15 ein modifiziertes Blockschaltbild zur Vorrichtung nach Fig. 4.

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ORIGINAL fNSPECTED

Fig, 1 zeigt schematisch die Erde, die sich mit einer Rotation u um ihre Rotationsachse N/S dreht. Die Breitengrade der Erde sind stereographisch skizziert. Ein Fahrzeug F befindet sich an einer Anfangspositionfo,λο_Ί die durch geographische Breite fο und geographische Länge λ ο gekennzeichnet ist. Als Anfangsposition f ο,λο für das erfindungsgemäße Verfahren wird stets eine bekannte Position gewählt. Ist das Fahrzeug F ein Schiff, so ist die Anfangsposition z.B. eine Hafeneinfahrt. An der AnfangspositionΊΡο,Λ ο hat das Fahrzeug F eine resultierende Geschwindigkeit V res i-i(i=i), die gleich Null ist.

Die Umfangsgeschwindigkeit der Erde an dieser Position

- R

beträgt u«R«cos Ti-i(i=i), wobei der Erdrädius ist. Nach einem Zeitintervall t hat sich das Fahrzeug F mit einer resultierenden Geschwindigkeit V res i auf eine Position Ti,A i(i=1,2,...,n) bewegt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Erde an dieser Position beträgt u«R»cos ψi. Wiederum nach einem ZeitintervallT hat das Fahrzeug F dann mit einer resultierenden Geschwindigkeit V res i+1 eine momentane Position *f i+1,λi+i(i=1,2,...,n) eingenommen. An diesem Punkt der Erde beträgt die Umfangsgeschwindigkeit u«H»co8 fi+1. Die Abstände der einzelnen

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Positionen Ti,λ i(i=1,2,...,η) voneinander sind verglichen mit den Ausmaßen der Erde sehr klein. Das Zeitintervall ti zu dem jeweils eine Position eingenommen worden ist, ist so kurz gewählt, daß Bewegungen zwischen zwei Positionen τ ί,λϊ; *pi+1, Xi+1 als linear betrachtet werden können.

Um die momentane Position ¹Pi,^, i des Fahrzeugs F nach dem erfindungegeraäßen Verfahren zu bestimmen, werden jeweils nach einem Zeitintervallf Bewegungskoaponenten in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs F mit einer Bewegungsmeßeinrichtung an Bord des Fahrzeugs F gemessen. Außerdem befindet sich an Bord des Fahrzeugs F ein nordsuchender Kreiselkompaß für eine Richtungsangabe zwischen der Längsrichtung des Fahrzeugs F und der geographischen Nordrichtung N als Nordrichtungsangabe.

Fig. 2 zeigt ein erdbezogenes Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen N/S und O/W, die die Nord/Süd-Richtung und Oat/fcfest-Richtung auf der Erde aus einer- Position τ ΐ^i darstellen. An der Position ^fi,λi befindet sich das Fahrzeug F. Die Längsrichtung 1 des Fahrzeugs F und seihe Querrichtung q spannen ebenfalls ein rechtwinkliges

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Koordinatensystem auf, das aber''-zinn erdbezogenen Koordinatensystem ua einen Winkel verdreht ist,, der sich zusammensetzt aus- einem Bichtungswinkel -TJ i und einem . . : Geschwindigkeitswinkel3p i. Um die momentane Position ψ±, λ i des Fahrzeugs F zu bestimmen, werden Geschwindigkeitskomponenten ¥1 i und Vq i in "Längs- und Querrichtung 1, q des Fahrzeugs F durch die Bewegungsmeßeinrichtung aufgenommen. Aus diesen beiden Geschwindigkeitskomponenten Vl i·, Vq i bestimmt sich die resultierende Geschwindigkeit V res i des Fahrzeugs F an der momentanen Position >f i,Ai. Die resultierende Geschwindigkeit V res i ergibt sich aus der dem Fahrzeug F motorisch eingeprägten Geschwindigkeit und einer Drift aufgrund der JJmweltbedingungen■ : des Fahrzeugs F; deshalb weist die Eichtung der resultierenden Geschwindigkeit V res i nicht in Richtung der Längsrichtung 1 des Fahrzeugs F, sondern ist gegen diese um den Geschwindigkeitswinkel 'f ± verschoben. Dieser Geschwindigkeitswinkel "f i läßt sich aus den . Geschwindigkeitskomponenten Vl i, Vq i durch trigonometrische Umformungen gewinnen.· ,·.-;, .

Die Nordrichtungsangabe ßi eines Kreiselkompasses 2 ist an Bord des Fahrzeugs F ein Winkel zwischen der

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Längsrichtung 1 des Fahrzeugs F und einer Figurenachse f des Kreiselkompasses 2. Dieser Winkel als Nordrichtungeangabe ßi ist nur dann gleich dem Richtungswinkel "fy i zuzüglich dem Geschwindigkeitswinkel If x_% wenn sich das Fahrzeug F nicht bewegt und sich der Kreiselkompaß 2 im eingeschwungenen Zustand befindet. Die Nordrichtungsangabe ßi wird jedoch sofort durch, einen SysteafehlerwinkeloLi verfälscht, wenn das Fahrzeug F axt konstanter resultierender Geschwindigkeit V res i fährt oder beschleunigt. Die Summe aus der Nordrichtungeangabe ßi und dem Systemfehlerwinkel o(i abzüglich den Geschwindigkeitswinkel ^f i ist gleich den Richtungswinkel TI i zwischen der resultierenden Geschwindigkeit V res i und der geographischen Nordrichtung N. Mit Hilfe dieses Sichtungswinkels ti i und Integration der resultierenden Geschwindigkeit V res i zum resultierenden Weg ε res i wird die momentane Position ^i, \ i, des Fahrzeugs F bestimmt. Der resultierende Weg ε res i ist die Verbindung zwischen der momentanen Positional, Ai unfder jüngst bestimmten Position ^i-1,./Ii-1 des Fahrzeugs F, die für i gleich Λ die Anfangsposition ^o,Xο ist.

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An der Anfangsposition το, λο hat das Fahrzeug F eine resultierende Geschwindigkeit V res i-1=0 und ebenfalls ist der Systemfehlerwinkelc?ii-1=O und ein Fahrt fehler ^Ti-I=O, so daß die Nordrichtungsangabe ßo an der Anfangsposition To, y( ο gleich dem Richtungswinkel^ ο ist.

Fährt das Fahrzeug F von der Anfangeposition Jο,%o mit

Vres i

konstanter Geschwindigkeit/zur Position fi,Ai, so- bewegt sich die Figurenachse f des Kreiselkompasses 2 aus der Richtung der geographischen Nordrichtung N um einen Systemfehlerwinkel heraus, der auch ale Fahrtfehler £± bekannt ist, Bewegt sich das Fahrzeug F über den resultierenden Weg s res i von der Anfangsposition To, λο zur Position j±, \± mit konstanter Beschleunigung, so stellt sich ein SystemfehlerwinkelOCi ein, um den eich die Figurenachse f aus der geographischen Nordrichtung N herausdreht. Der SystemfehlerwinkelOCi hat dann die in Fig. 2 eingezeichnete Größe, wenn sich das Fahrzeug F an der Position/fi, Xi befindet.

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Die Ursache für die Bewegung der Figurenachse f aus der geographischen Nordrichtung N heraus - aufgrund von Fahrzeugmanövern - ist eine bekannte Eigenschaft von Kreiselkompassen, da sich nun der Rotation u und Gravitation g der Erde, auf denen die richtungssuchenden und richtungshaltenden Eigenschaften des nordsuchenden Kreiselkompasses beruhen, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs F überlagern.

Es geht nun darum, diese Auslenkung der Figurenachse f um den SystemfehlerwinkelOCi, bzw. um den Fahrtfehler £"i bei konstanter Geschwindigkeit V res i, zu bestimmen; gemäß dieser Erfindung erfolgt dieses aus den Bewegungskomponenten des Fahrzeugs F, indem folgendermaßen vorgegangen wird: Zur Bestimmung des Fahrtfehlers £i als ersten Systemfehlerwinkel wird zuerst eine erste Hilfsgröße^i als Differenz aus der Nordrichtungsangabe ßi und dem Geschwindigkeitswinkel ⁴^i gewonnen. Diese erste Hilfsgrößeefi, die resultierende Geschwindigkeit V res i des Fahrzeuge F und die Umfangsgeschwindigkeit der Erde u»H»cos»'f i-1 an der jüngst bestimmten Position*fi-1 Xi-1 werden nach den in der Navigationstechnik bekannten Beziehungen, siehe "Lehrbuch der Navigation" Meldau-Steppes, Arthur Geist Verlag, Bremen 1958, Kapitel 6.11,

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zum Fanrtf ehler £ i als erstem Systemfehlerwinkel umge-^; '■ rechnet. - · .

Zum Bestimmen des anderen Systemf ehlerwinkeleOCi nach . · den in der Kreiselphysik bekannten Bewegungsgleichungen müssen Geschwindigkeit und Beschleunigung in geographischer Nordrichtung N bestimmt werden. Dazu wird hilfsweise eine angenäherte Nordrichtüng N^fi aus der Summe der ersten Hilfsgröße^i und dem Fahrtfehler f i hergeleitet, die als zweite Hilf sgröße ~&1 in Fig. 2 dargestellt ist, da wie schön oben gesagt, der SystemfehlerwinkeloCi-1(i=-]) und der Fahrtfehler £i-i(i=i) an -der Anfangspositionfc-jXo stets Null sind, weil vorausgesetzt ist, daß sich der Kreiselkompaß 2 dort im eingeschwungenen Zustand be-■ findet. :. ........

Zusammen mit der zweiten Hilfegröße £1 wird die resultierende Geschwindigkeit V res i in zwei Geschwindigkeiten VN¹i_t VQ'i in angenäherter Nordrichtung N*i-und angenäherter Ostriehtung O'i zerlegt» Aus diesen beiden SeBChwindigkeiten VN'i, VO *i werden durch Differenzenqiiotienten.-bildung Beschleunigungen bK*i, bO'i in angenäherter

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Nordrichtung N¹i und angenäherter Ostrichtung 0* i gewonnen. Die Geschwindigkeiten VN¹i, VO'i und Beschleunigungen bN'i, bO'i in angenäherter Nord- und Ostrichtung N'i, O'i werden in die Bewegungsgleiehungen eingesetzt, deren Ergebnis der Systesfehlerwinkel«* i ist.

Die Summe aus der Kordrichtungsangabe Bi, dem Systemfehlerwinkel oti abzüglich dem Geschwindigkeitswinkel ^i ergibt den gesuchten, geographisch richtigen Richtungswinkel fix zwischen der resultierenden Geschwindigkeit V res i bzw. dem resultierenden zurückgelegten Weg s res i des Fahrzeugs F und der geographischen Nordrichtung N.

Nach jedem ZeitintervairT werden erneut fahrzeugbezogene Geschwindigkeitskomponenten Vl i, Vq i und die Nordrichtungsangabe ßi des Kreiselkompasses 2 gemessen. Fig. 3 zeigt WinkelVerhältnisse ein Zeitintervall'T später für die nächste Position yi+1, λΐ+1 des Fahrzeuge F. Diese Winkelverhältnisse sind jetzt gegenüber denen in Fig. 2 verändert, weil di« Systemfehlerwinkel oCi_t ^i an der vor dem ZeitintervallT innegehabten Position ^i, Xi ungleich Null waren. Aus den fahrzeugbezogenen Geschwindigkeitε-

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komponenten Vq i+1, Vl i+1 wird die resultierende Geschwindigkeit V res i+1 des Fahrzeugs F an der Position ι i+1,Xi+1 des Fahrzeugs F bestimmt. Die resultierende Geschwindigkeit V res i+1 schließt mit der Längsrichtung 1 des Fahrzeugs F einen Geschwindigkeitswinkel 2f i+1 ein. Zum Erstellen der ersten Hilfsgröße</i+1 wird eine Differenz aus den Systemfehlerwinkeln oti,£ i gebildet, die im jüngsten Zeitintervall L beim Bestimmen der Position Ti,/Ii ermittelt wurden. Außerdem wird die Differenz aus der neuen Nordrichtungsangabe ßi+1 und dem Geschwindigkeitswinkel ¹Jfi+1 gebildet. Die Summe dieser beiden Differenzen 06 i- £± und ßi+i-j'i+i ergibt die erste Hilfsgröße <•i+1. Aus dieser ersten Hilf sgröße ^"i+1, der resultierenden Geschwindigkeit V res i+1 und der Umfangsgeschwindigkeit u*H«cosf i an der jüngst ermittelten Position Yi, %± wird nach den bekannten Beziehungen in der Navigationstechnik der neue Fahrtfehler £i+1 bestimmt, der zur ersten Hilfsgröße ff i+1 hinzuaddiert die zweite Hilfsgröße£i+1 ergibt. Mit der zweiten Hilfsgröße 3Pi+1 wird die resultierende Geschwindigkeit V res i+1 wieder in Geschwindigkeiten VN* i+1 in angenäherter

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Nordrichtung N¹ i+1 und in senkrecht dazu stehender angenäherter Ostrichtung O'i+1 zerlegt.Aus der Differenz der jetzt ermittelten Geschwindigkeiten VN¹i+1, VQ^fi+1 und der vor einem Zeitintervall I ermittelten Geschwindigkeiten VN¹i, VO'i bezogen auf das ZeitintervallT werden Beschleunigungen in angenäherter Nord- und Ostrichtung N¹i+1, O¹i+1 gebildet, mit denen dann unter Berücksichtigung der Geschwindigkeiten VN¹i+1, YO'i+1 - durch Lösen der Bewegungsgleichung - der neue Systemfehlerwinkel oC i+1 zwischen der geographischen Nordrichtung N und der Figurenachse f des Kreiselkompasses 2 ermittelt wird.

Die Nordrichtungsangabe ßi+1 des Kreiselkompasses 2 zusammen mit dem Systemfehlerwinkel ac i+1 abzüglich dem Geechwindigkeitswinkel'/ i+1 ergibt dann wieder den Richtungswinkel il i+1, der zwischen der geographischen Nordrichtung N und der resultierenden Geschwindigkeit V res i+1 des Fahrzeuge F liegt.

Fig« k zeigt eine Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrene. Mit einer Bewegungsmeßeinrichtung

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werden Bewegungskomponenten in Längs- und Querrichtung 1, q des Fahrzeugs J aufgenommen. Diese Bewegungsmeßeinrichtung kann eine stabilisierte Plattform mit Beschleunigungs-r aufnehmer» sein,.wie sie bei Trägheitsnavigationssystemen benutzt wird, oder eine nach dem Dopplerprinzip arbei-, tende BückstrahlortungBanlage, wie sie bei Dopplernavigationssystemen benutzt wird. Am Ausgang der Bewegungsmeßeinrichtung 1 erscheinen zwei Geschwindigkeitskomponenten Vl i, Vq i» Bei Aufnahme von Beschleunigungskomponenten in Längs- und Querrichtung 1, q des Fahrzeugs F werden diese über das Zeitintervall I in zwei Integratoren 1a, 1b zu Geschwindigkeitskomponenten Vl i, Vq i aufintegriert, bei Aufnahme der Bewegungskomponenten in Form von fahrzeugbezogenen .Geschwindigkeitskomponenten stehen die beiden Geschwindigkeitskomponenten Vl i, Vq i in Längst und Querrichtung 1, q des Fahrzeugs, F unmittelbar am Ausgang der Bewegungsmeßeinrichtung 1 an.

Die Nordrichtungsangabe ßi ist an einem Winkelausgang des nordsuchenden Kreiselkompasses 2 abzunehmen. In einer Dateneingabe 3 wird die Anfangsposition ¹Po, λο eingestellt. Der Bewegungsmeßeinrichtung 1 und der

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Dateneingabe 3 ist eine Navigationsrechenanlage 4 nachgeschaltet. Diese Navigationsrecheaanlage h besteht aas einem !Rechenwerk 5 und einer Geschwindigkeitswinkelechaltung 6, die beide eingangseeitig* mit den Ausgängen der Bewegungsmeßeinrichtung 1 verbunden sind, aus einer Verknüpfschaltung 7* deren eiaer Eingang mit dem Ausgang des Rechenwerks 5 verbunden ist und deren anderer Eingang den erst noch gesuchtes. fiichtungswinkelTJ i erhält, und aus einer SummierschaltungiL Die Ausgänge der VerknüpfBclaaltung 7 und der Dateneingabe 3 eind beide mit den Eingängen der ßunuoierBciialtung 8 verbunden, an deren Ausgängen die geographische Breite Ψΐ und Länge Xi ale die geeuchte momentane geaame Position f±_t %x des Fahrzeugs I" erscheint*

Zur Erzeugung des Eichtungewinkele ill iet ein« Additionsechaltung 9 alt de« Kreieelkoapaß 2 and der GeechwindigkeitswinkelEchaltung 6 "rerbuaden, an deren Ausgang der Geschwindigkeitswinkel^l ansteht^ Sin dritter Eingang der Additioneechaltung 9 ist mit eines Ausgang eines Syeteafeiilerwiakelreclinere 10 für den Systefflfehlerwinkeloci zuesysmengeeciialtet. Ein

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Eingang 101 des Systemfehlerwinkelrechners 10 ist mit dem Kreiselkompaß 2, sein Eingang 102 mit dem Rechenwerk 5, sein Eingang 103 mit der Geschwindigkeitswinkelschaltung 6 und sein Eingang 104 mit dem Ausgang der Summierschaltung 8 für die geographische Breite ψi verbunden. Die Wirkungsweise dieser so züsammengeschalteten Vorrichtung ist die des vorher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine weitere interessante Anwendung dieser Erfindung, wenn keine Positionsbestimmung des Fahrzeugs F gefragt ist, liegt in der Möglichkeit, auf Teile der Navigationsrechenanlage h zu verzichten und nur den genauen Richtungswinkel 17i zu bestimmen. Dazu werden außer der Bewegungsmeßeinrichtung 1, dem Kreiselkompaß 2 und der Dateneingabe 3 nur das Rechenwerk 5» die Geschwindigkeitswinkelschaltung 6 und der Systemfehlerwxnkelrechner benötigt. Aus der Verknüpfschaltung 7 und der Summierschaltung 8 werden nur diejenigen Schaltungsteile verwendet, die zum Bestimmen der geographischen Breite ji hinzugezogen werden. In einer Additionsschaltung 9* werden dann der Geschwindigkeitswinkel^Ti, die Nord-

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richtungsanga.be ßi und der Systemfehlerwinkelfltfi zum Richtungswinkel1^i zusammengezählt. Eine wesentlich größere schaltungstechnische Vereinfachung kann bei die-

3 ii

ser Anwendung dadurch erzielt werden, daß allein die Geschwindigkeitskomponente Vl i in Längsrichtung 1 des Fahrzeugs F mit einer vereinfachten Bewegungsmeßeinrichtung 1* ermittelt wird.Aus dieser einen Geschwindigkeitskomponente Vl i, der Nordrichtungsangabe ßi und der jüngst ermittelten geographischen Breite Yi-1 wird ia Systemfehlerwinkelrechner nur ein Systemfehlerwinkeloii· ermittelt, der zusammen mit der Nordrichtungsangabe ßi gleich einem angenäherten Richtungswinkelt£iV ist, der für viele Anwendungsgebiete genau genug ist. Zur Ermittlung des nächsten Systemfehlerwinkelsikii+1' und damit nächsten angenäherten Richtungswinkels1£i+V wird dann durch Integration der Geschwindigkeitskomponente Vl i zur Wegstrecke und Transformation der Wegstrecke mit Hilfe des Richtungswinkels "rti¹ zur Wegkomponente. sNi in Nord/Süd-Richtung t die neue geographische Breite *fi gewonnen.

... k3

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Fig. 5 zeigt eine Schaltanordnung für die üeschwindigkeits- -winkelschaliBiig 6» Einem Quotientenbildner 61·, dessen zwei Eingänge mit der Bewegungsmeßeinriehtung 1 -verbunden sind, ist eine mit der arctan-Fiinktion programmierte fiechenschaltung 62 nachgeschaltet» Am Ausgang der 'Geschwindigkeit swinkelschaltung 6 erscheint der SeBciiwindigkeitBwinkel "Jfi zwischen der Iiängsrichtming 1 des Tahrzeiigs F und der Eichtiang der resultierenden Geschwindigkeit ¥ res i.

Das Rechenwerk 5 bildet aas den fahrzeuglsezogenen Geschwindigkeitskomponenten ¥1 i, ¥q i den Betrag der resultierenden Geschwindigkeit Y res i des Fahrzeugs F'. Das ist beispielsweise durch eine Schaltung zu realisieren, die für ein Bildern einer geometrischen /Sxnnme programaiert ist, oder durch trigonometrische ¥erknSj)fting einer der QeschwindigkeitskoBiponenten Vl i Idzw.* Yq 1

iff

axt dem Geschwind&eitswinkel ¹^i., wie es in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt ist» 13er Geschwindig&eitsw'inkel^i ist, wie in Fig. 6 gezeigt, über eine Sechenstufe 25 mit eines» Eingang eines Quötientenläildners'6"T'verbunden. 13ie : ■-■·'■ Hechenstufe 25 ist aiit der sin-Funktion programmiert»

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Der zweite Eingang des Quotient«nbildners 6i ist mit der Geschwindigkeitskoaponerite Yq i in Querrichtung q des Fahrzeugs F beaufschlagt. In Fig. ? ist einer Hecfaenstufe 20, die mit der cos-Funktion -programmiert ist, ebenfalls ein Eingang eines Quotientenbildners 61 nachgeschaltet, dessen zweiter Eingang hier die Geschwindigkeitskofflponente Vl i in Längsrichtung 1 aufweist. Die Rechenstufe 20 wird mit dem Geschwindigkeitswinkel "/1 beaufschlagt. Am Ausgang beider Schaltungen gemäß Fig. und Fig. 7 erscheint die resultierende Geschwindigkeit V res i des Fahrzeugs F.

Fig. 8 zeigt eine Aasführungsforai 10.A des Systemfehlerwinkelrechners 10. Die Eingänge 101 und 103 des Systemfehlerwinkelrechners 10 sind nit Eingängen einer Sumaationsschaltung 11 zusammengeschaltet, die aus der Nordrichtungsangabe ßi und dem Geschwindigkeitswinkelfi. die erste Hilfsgrößeifi bildet. Die anderen beiden Eingänge 102 und 10% des Syetemfehlerwinkelrechnere 10 sind auf eine Sechenschaltung 12 geschaltet, deren dritter Eingang mit des Ausgang der Sumaationsechaltung verbunden ist. Aa Ausgang der Rechenschaltung 12 steht

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der erste Systemfehlerwinkel, nämlich der Fahrtfehler£l an· Dieser Fahrtf ehler £ i und die erste flilfsgröße</"i werden in einer Addierstufe 13 zur zweiten Hilfsgröße afi aufaddiert. . .

Die Addierstufe 13 ist mit einem Eingang eines Geschwindigkeitsbildners 14 zusammengeschaltet, dessen anderer Eingang mit dem Eingang 102 des Systemfehlerwinkelrechners 10 für die resultierende Geschwindigkeit V res i verbunden ist. Am Ausgang des Geschwindigkeitsbildners 1*f stehen Geschwindigkeiten VN¹i, VO¹i in angenäherter Nordrichtung N*i und angenäherter Ostrichtung O¹i an. Die beiden Ausgänge des Geschwindigkeitsbildners Ik sind, einerseits auf zwei Eingänge einer Differenzenquotientenschal tung 15 und andererseits auf zwei Eingänge eines Teilrechners 16 geschaltet. Weitere Eingänge des Teilrechners 16 sind mit den beiden Ausgängen der Differenzenquotientenschaltung 15 zusammengeschaltet, an denen Beschleunigungen bN'i, bO'i in angenäherter Nord- und Ostrichtung N¹X, O'i anstehen. Ein weiterer Eingang
des Teilrechners 16 ist mit dem.Eingang 10^f des Systemfehlerwinkelrechners 10 verbunden· Der Teilrechner 16

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"if6 -

ist auf die Bewegungsgleichungen des an Bord des Fahr-t/ zeuge F verwendeten Kreiselkompasses 2 programmiert. An seinen Ausgängen stehen Systemfehlerwinkelq£i, if i, /*i an. Die Systemfehlerwinkel Pi, TJ i liegen in der Elevationsebene und werden nur bei einer Korrektur der Nord- , richtungsangabe ßi in der Elevationsebene benötigt. Da die Angabe der Nordrichtung stets eine Projektion der Figurenachse f in die Azimutebene darstellt, wird jedoch der Systeefehlerwinkel©<i, der in der Azimutebene liegt, stets zur Korrektur der Nordrichtungsangabe ßi des Kreiselkompasses 2 benutzt. .

Dieser Ausgang des Teilrechners 16 ist mit einer Differenzstufe 17 verbunden, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der Rechenschaltung 12 für den Fahrtfehler £i zusameengeschaltet ist. Mit einem Steuereingang ist die Differenzstufe 17 mit einem Taktgenerator 18 verbunden, der dafür sorgt, daß stets zu Beginn einer neuen Positionsbestimmung erst die Differenz /H zwischen dem Systeafehlerwinkel O^i un^dem Fahrtfehler £ i gebildet wird. .„..·., Außerdem ist der Taktgenerator 18 mit der Differenzenquotientenschaltung 15 verbunden.

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Der Taktgenerator 18 bestimmt somit das Ze it int ervall "ί"» das je Bach den momentanen Gegebenheiten gewählt wird. Der Taktgenerator 18 ist einstellbar und wird auf ein.' derartiges Zeitintervall^eingestellt, innerhalb des- · sen erfahrungsgemäß aufgrund der allgemeinen Betriebs- · bedingungen des Fahrzeugs F keine wesentlichen Ände-■ · rungen einer momentan gültigen resultierenden GeschwiB-digkeit V res i auftreten» - '

Fig. 9 zeigt eine modifizierte Ausführungsform 1Ö.B. des Systemfehlerwinkelreehners 10. Seine Eingangsgrößen sind dieselben wie unter Fig. k und 8 beschrieben. Im Gegensatz zu der Ausführungsform 10.A des Systeaifeii·^ lerwinkelrechners 10 in Fig. 8 werden einem modifizierten Teilrechner i6t allein die Beschleunigungen bN'i,,bO^fi . in angenäherter Nord- und Ostrichtung ¹H¹I,- O'i und die : geographische Breite J i-1 vom Eingang 10k ,des Sysieaifelä.-lerwinkelrechners 10 zugeführt; dadurch wir^d der schal^- tungstechnische Aufbau des modifizierten Teilrechners 161 einfacher als vom Teilrechner.16* Diesem modifizierten Teilrechner 161 ist nur ein einziger SystemfehlerwiakelJTi

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zu entnehmen, der in der Hegel zusammen mit dem Fahrtfehler £ i für Navigationsangabenhinreichend genaue Korrekturen der Nordrichtungsangabe ßi in der Azimutebene ermöglicht. Dieser modifizierte Teilrechner 161 ist auf solche Bewegungsgleichungen für den Systemfehlerwinkel /^i des Kreiselkompasses 2 programmiert, die allein Beschleunigungen in Nord/Süd- und Ost/Vfest-Richtung berücksichtigen. Dazu werden aus den Geschwindigkeiten VN¹i, VO'i in angenäherter Nord- und Ostrichtung N'i, 0'd$ wie schon für Fig. 5 beschrieben, die Beschleunigungen bN'i, bO'i in der Differenzenquotientenschaltung 15 gewonnen.

Den Qeachwindigkeitsbildntr 14 ist jetzt allein die Differenzenquotientenschaltung 15 nachgeschaltet, die unmittelbar mit Eingängen des modifizierten Teilrechrechners 161 verbunden ist. An Ausgang dee modifizierten Teilrechners 161 steht der Systemfehlerwinkel/*i an* Der Systemfehlerwinkel/H am Ausgang des modifizierten Teilreehners 161 wird in einer nachgeechalteten Addierstufe 19 »it de« J*ahrtf«hler £*i zum Syetemfehlerwiakeleei

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aufaddiert. Dafür ist der zweite Eingang der Addierstufe mit dem Ausgang der Rechenschaltung 12 verbunden..

Der Ausgang des Teilrechners 161 ist ferner mit. einem der drei Eingänge der Summationsschaltung 11 direkt verbunden, an deren zwei anderen Eingängen 101, 103, wie
schon vorher beschrieben, der Geschwindigkeitswinkel "f i
und die Nordrichtungeangabe ßi anliegen. Da am Ausgang
des modifizierten Teilrechners 161 der nur von Beschleunigungen abhängige Systemfehlerwinkel /* i unmittelbar
erscheint, erübrigt sich für diesen Spezialfall die
Differenzstufe 17.

Fig. 10 zeigt die Rechenschaltung 12 innerhalb des Systemfehlerwinkelrechners 10 zum Erstellen des Fahrtfehlers £i. Der erste Eingang der Rechenschaltung 12, der die erste
Hilfsgröße^i aufweist, ist mit dem Eingang einer Rechenstufe 20 verbunden, die mit der cos-Funktion programmiert ist. Der zweite Eingang ist auf ein« weitere Rechenstufe geschaltet, die den Cosinus der geographischen Breite yi bildet« Dieser Rechenstufe 20 ist ein Faktorbildner 21
nachgeechaltet, der als Faktor das Produkt aus Rotation u

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und Radius R der Erde fest eingestellt aufweist. Dieser Faktorbildner 21 kann beispielsweise ein Verstärker sein, an dessen Eingang cos *fi ansteht und an dessen Ausgang das Produkt R-u-cos'Pi abzunehmen ist. Dieses Produkt ist gerade gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Erde an. der Position f i, X i·

Der Ausgang des Faktorbildners 21 ist mit eine· Eingang einer Dividierschaltung 22 verbunden, deren zweiter Eingang mit der resultierenden Geschwindigkeit V res i am dritten Hingang der Sechenschaltung 12 beaufschlagt ist. Av Auegang der Dividierschaltung 22 steht dann der Quotient aus Umfangsgeschwindigkeit der Erde und resultierender Geschwindigkeit V res i an der Position fi, an.

Die Dividierschaltung 22 und die Rechenstufe 20 vom ersten Eingang der Kechenschaltung 12 sind beide mit einen Verhältniebildner 23 verbunden, an dessen Auegang das Verhältnis aus cos«Ti und dea Auegangssignal der Dividierschaltung 22 ansteht. Des Verhältnisbildner ist eine alt der arcain-Funktion programmierte

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Rechenstufe 2h nachgeschaltet, an deren Ausgang der Fahrtfehler £i als erster Systemfehlerwinkel ansteht.

Die Rechenschaltung 12 stellt eine schaltungstechnische Realisierung der aus der Navigationstechnik bekannten Beziehungen zum Ermitteln eines Fahrtfehlers £i dar.

Wie auch alle anderen zum Durchführen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Schaltungen kann auch diese Rechenschaltung 12 sowohl in analoger wie auch in digitaler Technik aufgebaut sein, die einzelnen Schalt-ung en sind aus der Nachrichten- und Rechentechnik geläufig.

Eine schaltungstechnische Ausführungsmöglichkeit des Geschwindigkeitsbildners 1*f im Systemfehlerwinkelrechner 10 ist in Fig. 11 dargestellt. Am einen Eingang des Geschwindigkeitsbildners 1^ steht die zweite HilfsgrößeäCi an, die auf jeweils einen Eingang zweier Rechenetufen 20, geschaltet ist. Die Sechenstufe 20 ist axt der cös-Funktion und die Rechenstufe 25 mit der sin-Funktion programmiert. Jeder Rechenstufe 20, 25 ist eine Multipli-

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zierschaltung 26 nachgeschaltet. Der andere Eingang der beiden Multiplizierschaltungen 26 ist jeweils mit dem zweiten Eingang dee Geschwindigkeitsbildners lh verbunden, der die resultierende Geschwindigkeit V res i auf weißt. Aas Ausgang der Multiplizierschaltungen 26 sind Geschwindigkeiten VN* i, VO'i in angenäherter Nord- and Ostrichtung N*i, O*i abzunehmen.

Fig. 12 zeigt eine schaltungstechnische Bealisierung für die Differenzenquotientenschaltung 15· Sie besteht aus zwei gleich aufgebauten Schaltungen mit je einea Abtaster 271, einem Verzögerungsglied 2?2 und Differenzbildner 28. Der Steuereingang jedes Abtasters 2?t ist mit des Taktgenerator 18 verbanden. Der Signaleingang jedes Abtasters 2?1 ist jeweils «it eine« Ausgang des Geschwindigkeitsbildners 14 verbunden« Jeweils in Zeitabstand des Zeitintervalls ι wird der Signaleingang des Abtasters 2?1, gesteuert durch den Taktgenerator 18, kurzzeitig an seinen Ausgang geschaltet. Der Ausgang des Abtasters 2?1 ist jeweils mit einea Eingang des

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Differenzbildners 28 verbunden, dessen zweiter Eingang über das Verzögerungsglied 272 mit dem Eingang desselben Abtasters 271 zusammengeschaltet ist. Das Verzögerungsglied 272 hat eine Verzögerungszeit, die gleich dem Zeit^ intervall'C ist. Im Differenzbildner 28 wird die Differenz zweier im Zeitintervall*!? aufeinanderfolgender Geschwindigkeiten VN¹I, VN'i-1 bzw. VO'i, VO'i-1 am Signaleingang des Abtasters 271 gebildet. Die Ausgänge der beiden Differenzbildner 28 sind die Ausgänge der Differenzenquotientenschaltung 15, deren Signale die Beschleunigung bN'i, bO'i in angenäherter Nord- und Ostrichtung N'i, O.*i sind.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel 162 des Teilrech- ners 16 (siehe Fig. 8) für einen speziell ausgestal teten nordsuchenden Kreiselkompaß 2, nämlich denjenigen gebräuchlichen mit der sogenannten Anschützdämpfung und Schulerperiode. Bei der Anschützdämpfung wird eine zähe Flüssigkeit in einem Gefäß verdrängt, um die Bewegungen der Figurenachse f zu dämpfen. Dieser nord suchende Kreiselkompaß 2 hat sich seit Jahrzehnten für Navigationszwecke in der Praxis durchgesetzt.·

Bei diesem speziellen nordsuchenden

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Kreiselkompaß 2 gibt es drei Systemfehlerwinkel, nämlich den Systemfehlerwinkeloii in der Azimutebene und die beiden Systemfehlerwinkel/>± und Vi, die beide in der Elevationsebene liegen. Es werden in diesem speziellen Ausführungsbeispiel 162 für den Teilrechner 16 allein Geschwindigkeiten VN¹i und Beschleunigungen bN*i in angenäherter Nordrichtung N'i berücksichtigt. Die Bewegungsgleichungen für diesen speziellen Kreiselkompaßtyp sind im "Kreiselkompaß und Schiffs-Banöver", Geckeier, Band IV, 193Ö> aus dem "Ingenieursarchiv¹¹ auf Seite 6 und Seite 28 beschrieben.

Die Geschwindigkeit VN-^li in angenäherter Nordrichtung N*i wird bei diesen Ausführungsbeispiel 162 eines ersten Multiplizierer 29 zugeführt, der die Geschwindigkeit VN*i in angenäherter Nordrichtung N* i mit dem Reziprokwert des EadiuB B der Erde multipliziert, der im ersten Multiplizierer 29 fest eingestellt ist« Die Beschleunigung bN'i in angenäherter Nordrichtung N'i wird einem zweiten Multiplizierer 50 zugeführt, der als feste MuItipiikationsgröße den Reziprokwert der Gravitation g der Brde

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aufweist« Die geographische Breite ^i-iwird zwei parallelgeschalteten Bechenstufen 20, 25 Eingeführt. Die Seeiheaa:- stufe 25 ißt lait der sia-Fimkticm programmiert, die Rechenstmfe 20 mit der eos-Funktioii programmiert» Beiden Eechenstufen 20, 25 sind Verstärkerschaltragen 33i 3¹* nachgeschaltet, die beide als feste Verstärkung die !Rotation u der Erde aufweisen, Diese Veretärkerschaltungen 331 3^ können auch diareh Multiplizierschaltungen ersetzt werden- Die ¥erstärkerscaaltimg 33ι die das Produkt u«sin f i-il'iefeirt, ist mit einem ersten Eingang 351 von vier Eingängen 351, 352, 353-j 35^ eines ersten Addierers '35 verbünden. Dem -ersten Addierer 33 ist ein Integrationsglied 36 nachgeschaltet. km Ausgang des Integrationsglieds 36 erscheint der Systemf ehlerwinkel oc i in der i

Die Verstärkerschaltung 3¹I-, die -das Produkt a«cos IP3.-I ,. liefert, ist mit einem dritten MuTtijpli-zierer 37 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Systemfelilerwinkeleii vom Ausgang des Integrationsglieäs 3£ bsaiifsselilagt ist, Der Ausgang des dritten-liulfiiplizierers 37 ist an

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einen ersten Eingang eines zweiten Addierers 38 geschaltet, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers 29 verbunden ist. Dem zweiten Addierer ist ebenfalls ein Integrationsglied 36 nachgeschaltet, an dessen Ausgang ein Systemfehlerwinkel fi. in der Elevationsebene anliegt.

Der Ausgang des dem zweiten Addierer 38 nachgeschalteten Integrationsglieds 36 ist über einen vierten Multiplizierer 39 mit dem zweiten Eingang 352.des ersten Addierers 35 verbunden. Dieser vierte Multiplizierer 39 weist einen Multiplikanden C1 auf, der allein von der mechanischen Anordnung des Kreiselkompasses bestimmt ist. Der dritte Eingang 353 des ersten Addierers 35 ist mit dem Ausgang eines fünften Multiplizierers kO verbunden, der eingangsseitig mit einem Ausgangssignal bN¹i/g vom zweiten Multiplizierer 30 und dem Multiplikanden C1 beaufschlagt iet.

Das Auegangssignal bN'i/g des zweiten Multiplizierers ist außerdem auf einen von drei Eingängen eines dritten Addierers *t1 geschaltet. Diesem dritten Addierer 41 ist

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wiederum ein Integrationsglied 36 nachgeschaltet, dessen Ausgang mit einem sechsten Multiplizierer hZ verbunden ist. Dieser sechste Multiplizierer ^2 weist als konstanten Multiplikanden eine Kreiselkonstante C"3 auf, die vom mechanischen Aufbau der Dämpfung des Kreiselkompas ses bestimmt ist. Am Ausgang des sechsten Multiplizierers ist der dämpfungsabhängige Systemfehlerwinkelν i abzunehmen. Der Ausgang des sechsten Multiplxzierers kZ ist mit einem weiteren Eingang des dritten Addierers 41 verbunden, dessen dritter Eingang mit dem Systemfehlerwinkel J* i vom Ausgang des dem zweiten Addierer 38 nachgeschalteten Integrationsglieds 36 beaufschlagt ist.

Der SystemfehlewinkelVi am Ausgang des sechsten Multiplxzierers k2 ist auf einen Eingang eines siebten Multiplxzierers 43 geschaltet; der diesen Systemfehlerwinkel ifi mit einem fest eingestellten Wert C2 beaufschlagt, der durch die Strömungsmechanik der Dämpfung des Kreiselkompasses 2 bestimmt ist. Der Ausgang des siebten Multiplizierers kj ist mit dem vierten Eingang 35¹* des ersten Addierers 35 verbünden·¹ '''*

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Die Integrationsglieder 36 weisen alle die gleiche Integrationszeit auf, die gleich dem Zeitintervall t* ist.

An den Ausgängen des Teilrechners 16£. sind die drei Systemfehlerwinkel ⁰^i, 1Γ i,J*i abzunehmen. Der Systemfehlerwinkel OCi ist mit den anderen beiden Systemfehler-Al

winkeln^i, V i verkettet und für eine Korrektur der Nordrichtungsangabe ßi des Kreiselkompasses 2 geeignet. Alle fest programmierten Rechenschaltungen dieses speziellen Ausführungsbeispiels 162 des Teilrechners Ιοί

Eine
sind kommerziell erhältlich, andere schaltungstechnische Verifizierung zum Lösen der Bewegungsgleichungen für die SyetemfehlerwinkelOCi,/»i,iPi let ebenfalls möglich, beispielsweise durch einen Digitalrechner, der auf die Lösungen der Bewegungsgleichungen programmiert ist.

In der Additionsschaltung 9 werden gemäß Fig. k der Systemfehlerwinkel oCi, die Nordrichtungsangabe ßi und der Gesehwittdigkeitswinkel3*i zum Richtungswinkel4£,i aufaddiert. Der Richtungewinkeltyi ist mit der Verknüpfechaltung 7 in der Navigationsrechenanlage h verbunden, deren zweiter Eingang mit der resultierenden Geschwin-

... 60

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digkeit V res i vom Rechenwerk 5 beaufschlagt ist. Fig. 1*f zeigt ein Schaltbeispiel für die V erknüpf schaltung*?. Am Eingang der Verknüpfschaltung 7 für den Richtungswinkel 71 i befinden sich zwei eingangsseitig parallel geschaltete Rechenstufen 20, 25. Die Rechenstufe 20 bildet den Cosinus des Richtungswinkels <ö i, die Rechenstufe 25 den Sinus des Richtungswinkelsΐϊ i. Der andere Eingang der Verknüpfschaltung 7 weist ein Integrationsglied 36 auf, das die resultierende Geschwindigkeit V res i über das Zeitintervall'c zum resultierenden Weg s res i aufintegriert. Der Ausgang des Integrationsglieds 36 ist mit je einem Eingang zweier Multiplizierschaltungen 26 verbunden. Der Ausgang der Rechenstufe 25 ist auf den freien Eingang der einen Multiplizierschaltung 26, der Ausgang der Rechenstufe 20 auf den freien Eingang der anderen Multiplizierschaltung 26 geschaltet. Am Ausgang jeder Multiplizierschaltung 26 ist je eine Wegkomponente sNi, sOi in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung N, 0 abzunehmen, die der Summierschaltüng 8 zugeführt werden.

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GO

In der Summierschaltung 8 wird die Wegkomponente sNi in Nord/Süd-Richtung N zur geographischen Breite /o der Anfangsposition ro, ^ ο und die Wegkomponente sOi in Ost/West-Richtung O zur geographischen Länge Λ° hinzuaddiert. Am Ausgang der Summierschaltung 8 erscheint dann die momentane Position Ti, λ i des Fahrzeugs F.

Fig. 15 zeigt ein modifiziertes Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. k für eine Bewegungsmeßeinrichtung 1, die Beschleunigungskoraponenten in Längs- und Querrichtung 1, q des Fahrzeugs F aufnimmt. Nach einem weiteren Gesichtspunkt dieser Erfindung ist dann die Differenzenquotientenschaltung 15 durch ein weiteres Rechenwerk 5i das aus den fahrzeugbezogenen Beschleunigungskomponenten die resultierende Beschleunigung des Fahrzeugs F bildet, und einen nachgeschalteten Beschleunigungsbildner 1^-1 zu ersetzen, dem als zweite Eingangsgröße die zweite Hilfsgröße j?i zugeführt ist. Der Beschleunigungsbildner 1*f1 ist dann genauso aufgebaut wie der Geschwindigkeitsbildner 14. An seinen Ausgängen sind die Beschleunigungen bN'i, bO'i in ange-

... 62

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fe-f

näherter Nord- und Ostrichtung N'i, O'i abzunehmen, die dann, wie für Fig. 8 beschrieben, dem Teilrechner 16 zugeführt sind«

Abschließend ist zu sagen, daß die seit langem aus der Physik bekannten Fehlereinflüsse in der Nordrichtungsangabe des nordsuchenden Kreiselkompasses nur solange kaum störten, wie für .ein Fahrzeug krasse Fahrzeugmanöver in rascher Folge unüblich waren, bei denen stets die genaue momentane Position bekannt sein muß. Bei einer Hin- und Rückfahrt beispielsweise zwischen zwei geographisch fixierten Punkten auf ein und demselben Weg sind Systemfehlerwinkel in der Nordrichtungsangabe des Kreiselkom-

aber
passes nun'keineswegs mehr zu vernachlässigen, sondern haben entscheidenden Einfluß auf die Positionsbestimmung. Es ist zwar gelungen, beispielsweise für Vermessungsarbeiten in der Meeresforschung, höchst genaue Bewegungsmeßeinrichtungen zu entwickeln, die dann aber kaum verwendbar waren, weil die für die Positionsbestimmung notwendige Information über die geographische Nordrichtung nur unzureichend genau zur Verfugung stand.

... 63

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Durch die vorliegende Erfindung ist aber gezeigt, wie für hochqualifizierte Positionierungsaufgaben auch ein nordsuchender Kreiselkompaß in seiner einfachsten Ausführungsform eingesetzt werden kann, auch wenn auf ihn Momente aufgrund von Fahrzeugmanövern einwirken, ohne daß in den mechanischen Bewegungsablauf des Kreiselkompasses eingegriffen wird. Dazu werden nach dieser Erfindung aus den ohnehin vorhandenen Meßgrößen zur Wegbestimmung Korrekturgrößen abgeleitet, die in aus der Kreiselphysik bekannten Bewegungsgleichungen für Systemfehlerwinkel des Kreiselkompasses ausgewertet werden. Der dadurch erforderliche Schaltungsaufwand zusätzlich zur üblichen Navigationsrechenanlage fällt angesichts der erzielten Genauigkeit nicht in Betracht. Das überraschende Ergebnis dieser Erfindung liegt darin, daß die bisher als unabwendbar hingenommenen Systemfehlerwinkel durch relativ einfach ermittelbare und schaltungstechnisch anwendbare Korrekturgrößen beherrscht werden und somit exakte Positionsbestimmungen stets und quasi kontinuierlich möglich sind.

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Die vorliegende Erfindung ist am Beispiel des nordisuchenden Kreiselkompasses beschrieben» Die Bewegungsgleichungen von Kreiselkompassen sind aber auch fur raumstabilisierte Kreiselsysteme bekannt, die sich nicht an der geographischen Nordrichtung orientieren, vergl. "General Formulation and Computer. Volume II¹¹, E.R. Eeed, The university of Alabama in Huntsville, April 71· ^er Grundgedanke dieser Erfindung läßt sich auf solche raumstabilisiertenKreiselsysteme in gleicher Weise mit entsprechendem Erfolg anwenden.

Die Anwendbarkeit der seit Jahrzehnten in der Theorie bekannten Bewegungsgleichungen des Kreiselkompasses ergibt sich also erst aus dieser Erfindung, deren zentraler Gedanke es ist, aus leicht zugänglichen Meßgrößen 'schaltungstechnisch eine angenäherte Wordrichtung zu definieren und aufgrund dieser angenäherten Hordrichtung eine Korrekturgröße für die Nordrichtungsangabe des Kreiselkompasses zu bestimmen. Erst durch diesen erfindungsgemäßen Verfahr-ensschritt ist es möglich geworden, die theoretisch längst erkannten Mängel

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der herkömmlichen Kreiselkompaßsysteme mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln, ohne Eingriff in den
mechanischen Ablauf des Kreiselkompasses und ohne
zusätzliche komplizierte Bewegungsmeßaufnehmer-Systeme höchster Präzision zu überwinden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs ausgehend von einer beliebigen bekannten Anfangsposition, unter Verwendung eines nordsuchenden Kreiselkompasses an Bord des Fahrzeugs für eine Richtungsangabe der Längsrichtung des Fahrzeugs bezüglich der geographischen Nordrichtung als Nordrichtungsangabe und unter Verwendung einer Bewegungsmeßeinrichtung an Bord des Fahrzeugs für Bewegungskomponenten über Grund in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs, mit Integration der Bewegungskomponenten zu Wegstrecken, mit Transformation der Wegstrecken zu Wegkomponenten in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung unter Verwendung der momentanen Nordrichtungsangabe und Hinzuaddieren der beiden Wegkomponenten zur Anfangsposition, unter Berücksichtigung der für Kreiselkompasse typischen Systemfehlerwinkel in der Nordrichtungsangabe bei Fahrzeugmanövern, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Bewegungskomponenten Geschwindigkeitskomponenten(Vl i, Vq i) in Längs- und Querrichtung (l, q) des Fahrzeugs (F) gewonnen werden, daß aus den Geschwindigkeitskomponenten (Vl i, Vq i) ein Betrag einer resultierenden Geschwindigkeit (V res i, i=1,2,...,n) des Fahrzeugs (F) und ein Geschwindigkeits-

•••67

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winkel (oi) zwischen der Richtung der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) und der Längsrichtung (.1} des Fahrzeugs (F) bestimmt wird,

daß aus dem Geschwindigkeitswinkel (ti), der resultierenden Geschwindigkeit (V res i), der geographischen Breite (Ti-O der vor einem Zeitintervall (tj innegehabten Position (Ti-1, λ i-1; i=1:Anfangsposition *f ο, Λ o) und der Nordrichtungsangabe (ßi) des Kreiselkompasses (2) über in der Navigation als solche an sich bekannte trigonometrische Beziehungen eine momentane Geschwindigkeit (VN'i) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung (N¹i) und eine momentane Geschwindigkeit (VO¹i) in angenäherter Ostrichtung (O'i) bestimmt werden, daß ein Differenzenquotient aus einer Geschwindigkeit (VN'i-1) in angenäherter Nordrichtung (N'i-1), die vor dem Zeitintervall CC ) gewonnen wurde, abzüglich der momentanen Geschwindigkeit (VN'i) in angenäherter Nordrichtung (N'i) bezqgen auf das Zeitintervall Ct) gebildet wird, der gleich einer momentanen Beschleunigung (bN'i)~ des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung (N'i) ist,

daß ein weiterer Differenzenquotient aus einer Geschwindigkeit (VO¹i-1) in angenäherter Ostrichtung (O¹i-1), die vor dem Zeitintervall (T) gewonnen wurde, abzüglich der momentanen Geschwindigkeit (VO'i) in angenäherter

...68 309838/0098

Ostrichtung (O'i) bezogen auf das Zeitintervall ("£) gebildet wird, der gleich einer momentanen Beschleunigung (bO'i) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Ostrichtung (O'i) ist,

daß aus den Geschwindigkeiten (VN¹i, VO'i) und den Beschleunigungen (bN'i, bO'i) in angenäherter Nordrichtung (N¹i) und angenäherter Ostrichtung (O'i) und der geographischen Breite (Ti-1) der vor dem Zeitintervall (T) innegehabten Position (fi-1,Ai-1, i=1:Anfangsposition To, Ao) nach den in der Kreiselphysik bekannten Bewegungsgleichungen für Systemfehlerwinkel (Λΐ, j)i,v i) auch ein momentaner Systemfehlerwinkel (oCi) in der Azimutebene gewonnen wird, daß dieser Systemfehlerwinkel (oC i), der Geschwindigkeitswinkel Cöi) and die Kordrichtungsangabe (ßi) des Kreiselkompasses (2) zum wahren Hichtungswinkel CW±) zwischen geographischer Nordrichtung (N) und Richtung der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) zusammengefaßt werden und

daß aus diesem wahren Richtungswinkel Ciffx) und der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F)-nach ihrer Integration über das Zeitintervall (T) zu einem resultierenden Weg (s res i)-durch Koordinatenzerlegung die Wegkomponenten (sNi, sOi) in Nord/Süd-

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Richtung (N) und Ost/Weet-Richtung (O) gewonnen werden, die zur vor dem Zeitintervall (T) innegehabten Position (^i-1, "X i-1 ;i=1:Anfangsposition fo, Xo) zuaddiert die momentane Position (ri,p^i) des Fahrzeugs (F) ergeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- aus den momentanen Bewegμngskomponenten des Fahrzeugs (F) werden seine Geschwindigkeitskomponenten (Vl i, Vq i) in Längs- und in Querrichtung (1, q) des Fahrzeugs (F) und daraus durch Quotientenbildung und trigonometrische Umformung der Geschwindigkeitswinkel (^i) zwischen der momentanen Richtung der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F) und seiner eigenen Längsrichtung (1) gewonnen,

- zum Geschwindigkeitswinkel (jfi) wird die momentane Nordrichtungsangabe (ßi) des Kreiselkompasses (2) hinzuaddiert und damit eine erste Hilfsgröße Crf*i) als Winkel zwischen der Richtung der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) und der durch den Kreiselkompaß (2) angezeigten Nordrichtung (f) erzielt,

- aus dieser ersten Hilfsgröße («Ti) wird über aus der Navigationstechnik an sich bekannte mathematische Beziehungen, unter Verwendung der Umfangsgeschwindigkeit (u.R-cos/i-1) der Erde an der vor einem Zeitintervall (T)

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• · · (U

innegehabten Position (fi-1,λi-1; i=1 iAnfangsposition Yo, Ao) sowie der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F) einer der momentanen azimutalen Systemfehlerwinkel, der sogenannte Fahrtfehler (£i), des Kreiselkompasses (2) gewonnen, als angenäherte Nordrichtung (N¹i) wird eine zweite Hilfsgröße (<i) aus der ersten Hilfsgröße G/x) und dem Fahrtfehler (£i) als Winkelsumme gewonnen, aus der zweiten Hilfsgröße (<£i) und der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F) wird die momentane Geschwindigkeit (VN¹i) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung C'N'i) und die momentane Geschwindigkeit (VO¹i) in angenäherter Ostrichtung (O'i) gewonnen,

eine Differenz, gebildet aus der momentanen Geschwindigkeit (VN'i) in angenäherter Nordrichtung (N¹i) und einer vor dem Zeitintervall (%) gemessenen Geschwindigkeit (VN¹i-1 ) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung (N'i-1),bezogen auf das Zeitintervall CX) ergibt eine momentane Beschleunigung (bN*i) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung (N¹i),

eine Differenz, gebildet aus der momentanen Geschwindigkeit (VO¹i) in angenäherter Ostrichtung (O'i)

... 71

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-rr -

und einer vor dem Zeitintervall (T) gemessenen Geschwindigkeit (VO¹i-1) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Ostrichtung (O'i-1), bezogen auf das Zeitintervall CC) ergibt eine momentane Beschleunigung (bO'i)

des Fahrzeugs (F) in angenäherter Ostrichtung (0*i), aus den momentanen Geschwindigkeiten (VN¹i, VO¹i) und den momentanen Beschleunigungen (bN'i, bO'i) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung (N¹i) und Ostrichtung (0·ϊ) sowie der vor dem Zeitintervall (T) innegehabten Position (fi-1, λi-1;i=1:Anfangsposition "f o, Ao) wird, nach den an sich bekannten Bewegungegleichungen für Systemfehlerwinkel (oti,f i,V i) des Kreiselkompasses (2), ein azimutaler, den Fahrtfehlerwinkel (£i) enthaltender, Systemfehlerwinkel (ο*Ό der momentanen Nordrichtungsangabe (ßi) bestimmt, 'dieser Systemfehlerwinkel (oC i), der Geschwindigkeitswinkel Cjfi) und die fehlerbehaftete Nordrichtungsangabe (ßi) ergeben aufsummiert den momentanen wahren Sichtungswinkel (fli) zwischen der geographischen Nordrichtung (N) und der Richtung der resultierenden Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F), die Geschwindigkeitskomponenten (Vl i, Vq i) in Längsund Querrichtung (1, q) des Fahrzeugs (F) bzw. die resultierende Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F) werden über das Zeitintervall (t) integriert

309838/0098 "* ⁷²

und mit dem wahren Richtungswinkel (TIi) durch Transformation bzw. Koordinatenverlegung in Wegkomponenten (sNi, sOi) in Nord/Süd- und Ost/West-Richtung (N, O) umgerechnet,

die Wegkomponenten (sNi, sOi) werden zu der vorherigen Position (*fi-1, A.i-1 ;i=1 J Anfangspos it ion f ο, Ao) hinzuaddiert und ergeben die momentane Position (ri, Ai) des Fahrzeugs (F), .

im nächsten Zeitintervall (T) wird der neue Geschwindigkeitswinkel (Ti+1) gebildet,

eine Systemfehlerwinkel-Differenz (oci-fi) wird aus den jüngst errechneten Systemfehlerwinkeln (ofi, Fahrtfehler £ i) gebildet,

diese Systemfehlerwinkel-Differenz (e<,i-£i), der neue Geschwindigkeitswinkel (/i+1) und die neue Nordrichtungsangabe (ßi+1) des Kreiselkompasses (2)

.ersten
werden zur neuen'Hilfsgröße (<fi+1=ßi+1+^/y i+1+°Ci- ξ i)

aufsummiert,

diese neue erste Hilfsgröße (<fi+i) wird, wie beschrieben, zum Bestimmen der neuen Systemfehlerwinkel (oCi+1, Fahrtfehler ζi+1) und der neuen momentanen Position (fi+1, \i+i) des Fahrzeugs (F) weiterverarbeitet, im nächsten Zeitintervall C£) wird entsprechend weiterverfahren.

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3. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, an Bord des Fahrzeugs unter Verwendung einer Bewegungsmeßeinrichtung für Bewegungskomponenten in Längsund Querrichtung des Fahrzeugs, eines nordsuchenden Kreiselkompasses und einer Dateneingabe für eine Anfangsposition des Fahrzeugs, die auf Eingänge einer insbesondere für Verarbeitung trigonometrischer Funktionen programmierten Navigationsrechenanlage geschaltet sind, mit Ausgabe von in zyklischem Rechenablauf ermittelter, jeweils momentaner Position des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hichtungsangabe ausschließlich ein einfacher, beliebiger, nordsuchender Kreiselkompaß (2) vorgesehen ist, dessen Nordrichtungsangabe (ßi), vor Einspeisen in die Navigationsrechenanlage (4), mit einer Ausgangsgröße (Systemfehlerwinkel .oCi,/>i, Vi) eines Systemfehlerwinkelrechners (10) in einer Additionsschaltung (9) zusammengefaßt ist, wobei der Systemfehlerwinkelrechner (10) auf die in der Kreiselphyeik bekannten Bewegungsgleichungen für Systemfehlerwinkel (001,/1,¹JTi) des nordsuchenden Kreiselkompasses (2) programmiert ist und eingangsseitig sowohl mit einem Winkelausgang für die Nordrichtungsangabe (ßi) des Kreiselkompasses (2) als auch - über eine Geschwindigkeitswinkelschaltung (6) zum Bilden des Geschwindigkeitswinkels (Jfi) und über ein

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Rechenwerk (5) zum Bilden der momentanen resultierenden Geschwindigkeit (V res i) innerhalb der Navigationsrechenanlage (4) - mit der Bewegungsmeßeinrichtung (1) verbunden ist.

k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitswinkelschaltung (6) einen Quotientenbildner (61) aufweist, der eingangsseitig mit den Ausgängen der Bewegungsmeßeinrichung (1) verbunden ist und dem eine mit der arctan-Funktion programmierte Bechenschaltung (62) nachgeschaltet ist, mit dem momentanen Geschwindigkeitswinkel (fi) am Ausgang der Geschwindigkeitswinkelschaltung (6).

5· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk (5) für ein Bilden einer geometrischen Summe programmiert ist, daß die Eingänge des Rechenwerks (5) mit den Ausgängen der Bewegungsmeßeinrichtung (1) verbunden sind und daß am Ausgang des Rechenwerks (5) der Betrag der momentanen resultierenden Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F) abzunehmen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk (5) zum Bilden der resultierenden

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-w-

Geschwindigkeit (V res i) aus einem Quotientenbildner (61) und einer trigonometrischen Rechenstufe (25) besteht, die mit der sin-Funktion programmiert ist, daß die trigonometrische Rechenstufe (25) eingangsseitig mit dem Ausgang der Geschwindigkeitswinkelschaltung (6) verbunden ist und ausgangsseitig mit einem ersten Eingang des Quotientenbildners (61), während der zweite Eingang des Quotientenbildners (61) mit dem Ausgang der Bewegungßraeßeinrxchtung (1) für die Geschwindigkeitskomponente (Vq i) in Querrichtung (q) des Fahrzeugs (F) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die trigonometrische Rechenstufe (20) mit der cos-Funktion programmiert ist und der zweite Eingang dee Quotientenbildners (61) mit dem Ausgang der Bewegungsmeßeinrichtung (1) für die Geschwindigkeitskomponente (Vl i) in der Längsrichtung (l) des Fahrzeugs (F) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und k in Verbindung mit Anspruch 5 oder Anspruch 6 oder Anspruch 7, gekennzeichnet für den Systemfehlerwinkelrechner (10) durch - eine Summationsscaltung (11) zum Bilden der ersten

··· 76

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Hilfsgröße GTi), die eingangsseitig mit dem Ausgang der Geschwindigkeitswinkelschaltung (6) und dem Winkelausgang des Kreiselkompasses (2) verbunden ist, eine Rechenschaltung (12) zum Bilden des Fahrtfehlers (£i) als erstem Systemfehlerwinkel, deren erster Eingang mit der Summationsschaltung (11) und deren zweiter Eingang mit einem Ausgang für die geographische Breite (-Ρχ-Λ) einer Summierschaltung (8) in der Navigationsrechenanlage (k) und deren dritter Eingang mit dem Ausgang des Rechenwerks (5) verbunden ist,

eine Addierstufe (13) zum Bilden der zweiten Hilfsgröße (361), auf die eingangsseitig der Ausgang der Summationsschaltung (11) und der Ausgang der Rechenschaltung (12) geschaltet sind, einen Geschwindigkeitsbildner zum Bilden der Geschwindigkeiten (VN'i, VO'i) in angenäherter Nordrichtung (N'i) und angenäherter Ostrichtung (O'i), deren zwei Eingänge mit dem Ausgang der Addierstufe (13) und dem Eingang des Rechenwerks (5) zusammengeschaltet sind, einem Teilrechner (16), der mit zweien seiner Eingänge mit den Ausgängen des Geschwindigkeitsbildners (1¹I-) direkt, mit zwei weiteren Eingängen über eine Differenzenquotientenschaltung (15) mit dem Geschwindigkeits-

309838/0098 ··· ⁷⁷

bildner (i*l·) und mit einem letzten Eingang mit dem Ausgang der Summierschaltung (8) verbunden ist, wobei am Ausgang des Teilrechners (16) der azimutale Systemfehlerwinkel (oci) erscheint, der zusammen mit dem Geschwindigkeitswinkel (?fi) und der Nordrichtungsangabe (ßi) des Kreiselkompasses (2) den wahren Richtungswinkel (^i) ergibt,

- eine Differenzstufe (17) ₅ die auf den Ausgang des Teilrechners (16) geschaltet ist, wobei deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der Rechenschaltung (12) verbunden und der Ausgang der Differenzstufe (17) mit einem weiteren Eingang der Summationsschaltung (11) zum Bilden der ersten Hilfsgröße (</"i+i) verbunden ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Geschwindigkeitsbildner (1¹O nur die Differenzenquotientenschaltung (15) nachgeschaltet ist, daß der Teilrechner (16) eingangsseitig nur mit dem Ausgang für die geographische Breite (fi-1) der Summier-? schaltung (8) und mit den Ausgängen der Differenzenquotient enschaltung (15) verbunden ist, daß der Ausgang des Teilrechners (16) einerseits direkt mit einem Eingang der Summationsschaltung (11) zusammengeschaltet ist und andererseits über eine Addierstufe (19) mit der

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Additionsschaltung (9) verbunden ist, wobei der zweite · Eingang der Addierstufe (19) mit dem Ausgang der Rechenschaltung (12) verdrahtet ist, mit Abnahme des Systemfehlerwinkels (oCi) am Ausgang der'Addierstufe (19) als Ausgang des Systemfehlerwinkelrechners (10).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung (12) für den Fahrtfehler (£i) als erstem Systemfehlerwinkel ein an sich bekanntes sog. Deltagerät ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang der Rechenschaltung (12) eine mit der cos-Funktion programmierte Rechenstufe (20) aufweist, deren Ausgang mit einem Eingang eines Verhältnisbildners (23) zusammengeschaltet ist, daß der zweite Eingang der Rechenschaltung (12) ebenfalls eine mit der cos-Funktion programmierte Rechenstufe (20) aufweist, die ausgangsseitig mit einem Faktorbildner (21) verbunden ist, der die Umfangsgeschwindigkeit der Erde an der Position (fi-1,A.i-i) <*es Fahrzeugs (F) als Produkt aus Rotation (u) und Radius (R) der Erde, die beide als Faktoren einmal fest vorgegeben sind, und dem

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Cosinus der geographischen Breite (/i-1) bildet, und daß der Ausgang des Faktorbildners und der dritte Eingang der Rechenschaltung (12) auf zwei Eingänge einer Dividierschaltung (22) geschaltet sind, deren Divisor die resultierende Geschwindigkeit (V res i) des Fahrzeugs (F) ist und deren Divident die Umfangsgeschwindigkeit der Erde ist, daß der Ausgang der Dividierschaltung (22) mit dem anderen Eingang des Verhältnisbildners (23) verbunden ist, dem eine mit der arcsin-Funktion programmierte Eechenstufe nachgeschaltet ist, mit Abnahme des Fahrtfehlers (fi) ■ als erstem Systemfehlerwinkel am Ausgang der Rechenschaltung (12).

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Qeschwindigkeitsbildner (i*f) an seinem ersten Eingang für die zweite Hilfsgröße (Xi) sowohl eine mit der cos-Funktion als auch eine mit der sin-Funktion programmierte Rechenstufe (20, 25) aufweist, die jede mit je einem Eingang zweier nachgeschalteter Multiplizierschaltungen (26) verbunden sind, daß der zweite Eingang des Geschwindigkeitsbildners (1¹O jeweils der zweite Eingang beider Multiplizierschaltungen (26) ist und mit dem Ausgang des Rechenwerks (5) verbunden

• ·" 8o

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•ist, mit Abnahme der Geschwindigkeiten (VN'i, VO¹i) des Fahrzeugs (F) in angenäherter Nordrichtung (N*i) und in angenäherter Ostrichtung (O'i) an den Ausgängen des Geschwindigkeitsbildners (1*0.

13. Voj richtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daf die Differenzenquotientenschaltung (15) zwei gL· ich aufgebaute Schaltungen aufweist, die je aus einem Abtaster (271), der im Abstand eines Zeitintervalls OT) die momentanen Geschwindigkeiten (VN'i, VO¹i) an den Ausgängen des Geschwindigkeitsbildners ab;ragt, und einem Differenzbildner (28) besteht, der eingangsseitig einerseits direkt mit dem Abtaster (271) und ar^ererseits über ein Verzögerungsglied (272) für das Zeitintervall (⁷I) mit dem Ausgang des Geschwindigkeitsbildners (1*O verbunden ist, mit Abnahme der Beschleunigungen (bN'i, bO'i) in angenäherter Nord- und Ostrichtung (N¹i, O'i) des Fahrzeugs (F) am Ausgang jeder Schaltung als den jeweiligen Ausgängen der Differenzenquotientenschaltung (15).

1*f. Vorrichtung nach Anspruch 12, unter Verwendung von Beschleunigungeaufnehmern als Bewegungsmeßeinrichtung,

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dadurch gekennzeichnet, daß der Teilrechner (16) eingangsseitig einerseits mit Ausgängen des Geschwindigkeitsbildners (14) für die Geschwindigkeiten (VN'i, VO¹i) in angenäherter Nord- und Ostrichtung (N¹i, 0^fi) verbunden ist und andererseits mit Ausgängen eines Beschleunigungsbildners (141), der genauso aufgebaut ist wie der Geschwindigkeitsbildner (14), daß der eine Eingang des Beschleunigungsbildners Bit dem Ausgang der Addierstufe (1J5) für die zweite Hilfsgröße (^Pi) verbunden ist und der andere Eingang mit einem Ausgang eines weiteren Rechenwerks (5) ι dessen Eingänge mit den Beschleunigungskomponenten in Längs- und Querrichtung (l, q) des Fahrzeugs (F) beaufschlagt sind, zum Bilden der resultierenden Beschleunigung des Fahrzeugs (F).

Vorrichtung nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet, daß für einen nordsuchenden Kreiselkompaß (2) mit Anschützdämpfung im Teilrechner (spezielles Aueführungsbeispiel 162) die Geschwindigkeit (VN'i) in angenäherter Nordrichtung (N'i) mit einem Eingang eines ersten Multiplizierers (29) verbunden ist, dessen zweiter Eingang als feste Multiplikationsgröße den Reziprokwert des Radius (R) der Erde aufweist,

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daß die Beschleunigung (bN-¹ i) in angenäherter Nordrichtung (N^fi) mit einem Eingang eines zweiten Multiplizierers (30) zusammengeschaltet ist, dessen zweiter Eingang als erste Multiplikationsgröße den Seziprokwert der Gravitation (g) der Erde aufweist, daß die geographische Breite (fi-1) am Ausgang der Summierschaltung (8) sowohl einer mit der sin-Funktion programmierten Rechenstufe (25) als auch einer mit der cos-Funktion programmierten Rechenstufe (20) zugeführt ist, die beide ausgangsseitig mit je einer Verstärkerschaltung (33» 3^) zusammengeschaltet sind, deren Verstärkung jeweils gleich der Rotation (u) der Erde ist,

daß diejenige Verstärkerschaltung (33)» die mit dem Sinus der geographischen Breite (fi-1) beaufschlagt istjauf einen ersten Eingang (35 1) - eines ersten Addierers (35) mit nachgeschaltetem Integrationsglied (36) geschaltet ist, dessen Ausgangssignal der Systemfehlerwinkel (ofi) in der Azimutebene ist,

daß die andere Verstärkerschaltung (3^) über einen dritten Multiplizierer (37) mit einem von zwei Eingängen eines zweiten Addierers (38) mit nachgeschaltetem Integrationsglied (36) verbunden ist, dessen zweiter

... 83

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ORJGfNAL INSPECTED

Eingang mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers (29) zusammengeschaltet ist,

daß das nachgeschaltete Integrationsglied (36) des zweiten Addierers (38) als Ausgangssignal einen Systemfehlerwinkel (fl) in der Elevationsebene aufweist und dieser Ausgang über einen vierten Multiplizierer (39) und der Ausgang des zweiten Multiplizierers (30) über einen fünften Multiplizierer (¹K)) mit dem zweiten und dritten Eingang (35 2, 35 3) des ersten Addierers (35) zusammengeschaltet sind, wobei der vierte und fünfte Multiplizierer (39, ¹^O) beide den gleichen Multiplikanden (C1) aufweisen, der eine von der mechanischen Anordnung des Kreiselkompasses abhängige Konstante ist,

und daß ein dritter Addierer (*fi) mit nachgeschaltetem Integrationsglied (36) eingangsseitig mit dem Ausgang sowohl des zweiten Multiplizierers (30) als auch mit dem Ausgang des dem zweiten Addierer (38) nachgeschalteten Integrationsglieds (36) und mit dem Auegang eines sechsten Multiplizierers ikz) verbunden ist, wobei dieser sechste Multiplizierer (^2) an seinem einen Eingang ein Ausgangssignal des dem dritten Addierer (¹H) nachgeschalteten Integrations-

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ORIG/NAL INSPECTED

glieds (36) und an seinem zweiten Eingang eine von der Dämpfung des Kreiselkompasses abhängige Kreiselkonstante (C3) aufweist,

daß der Ausgang des sechsten Multiplizierers (42) über einen siebten Multiplizierer (kj>) mit dem vierten Eingang (35 4) des ersten Addierers (35) verbunden ist, wobei dieser siebte Multiplizierer (43) einen fest eingestellten Wert (C2) an seinem anderen Eingang aufweist, der durch Ausgestaltung der Dämpfung des Kreiselkompasses /bestimmt ist, mit Abnahme des Systemfehlerwinkels (ifi) am Ausgang des sechsten Multiplizierers (42),

daß die Integrationsglieder (36) alle gleiche Integrationszeiten aufweisen, die gleich dem Zeitintervall CC) sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Navigationsrechenanlage (4) der Ausgang der Additionsschaltung (9) für den wahren Richtungswinkel (t^i) mit einem Eingang einer Verknüpfschaltung (7) verbunden ist, die eine mit der sin-Funktion und eine mit der oos-Funktion programmierte Rechenstufe (2Ö"\25) aufweist, daß der zweite Eingang der Verknüpfschaltung (7) mit dem Ausgang des Rechenwerks (5)

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für die resultierende Geschwindigkeit (V res i) verbunden ist und ein Integrationsglied (36) aufweist, dessen Integrationszeit gleich dem Zeitintervall (T) ist, daß der Ausgang des Integrationsglieds (36) und der Ausgang der mit der sin-Funktion programmierten Rechenstufe (25) mit einer ersten Multiplizierschaltung (26) verbunden sind, deren Ausgangssignal die Wegkomponente (sOi) in Ost/West-Richtung (O) ist und mit einem Eingang der Summierschaltung (8) verbunden ist, daß der Ausgang der anderen, mit der cos-Funktion programmierten Rechenstufe (20) und der Ausgang des Integrationsglieds (36) auf eine zweite Multiplikationsschaltung (26) geschaltet sind, deren Ausgang die Wegkomponente (sNi) in Nord/Süd-Richtung (N) aufweist und auf einen zweiten Eingang der Summierschaltung (8) geschaltet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung (8) einerseits mit der Verknüpfschaltung (7) und andererseits mit der Dateneingabe (3) für die Anfangsposition (Ί*ό,λο) des Fahrzeugs (F) verbunden ist, daß am Ausgang der Summierschaltung (8) als Ausgang der Navigationsrechenanlage (.k) die neue Position (V*i>Äi) des Fahrzeugs (F) abzugreifen ist.

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