DE2434916A1 - Kompassystem - Google Patents
KompassystemInfo
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/02—Rotary gyroscopes
- G01C19/34—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf KompaJsysteme» insbesondere,
jedoch ηloht ausschließlich für Luftfahrzeuge.
Kompaßsysteme unter Verwendung eines einfachen Kreisele mit
zwei Freiheitsgraden sind gut bekannt» sie weisen jedoch bestimmte
Nachteile auf urund äes5 Tatsaeh© auf» daS es wesentlich ist» daß die Spinaohs© u®m Kreisels zumindest angenähert
horizontal gehalten wird· Wenn dies nicht erfolgt» ergeben sich grobe Steuerkurs fehler und im Extremfall kann die Spinaohse
über einem Bereich von 90° ppKzedieren» woduroh eine Kardanringverriegelung
und ein Kippen des Kreisels hervorgerufen wird. Es werden zwei grundlegende Verfahren sum Horizontalhalten der Spinachse allgemein verwendet» von denen das erste Verfahren
darin besteht, daß ©in Schwerkraft-Meßfühler effektiv an
der Spinaohse befestigt wird und ©in Aufriohtungs-Drehmoment-Erzeugermotor
mit dem AuBgsngssignal des Schwerkraft-Meßfühlers
angesteuert wird» so daß did Spinachse horizontal gegenüber der
örtlichen Vertikalen geh&iUüö, wir$e Das zweite Verfahren besteht
darin» den Kreisel dadhäfsla zu stabilisieren» daß er von der Längs·
neigungs- und Querneigu&gsb<§t$@gung >^,s Fahrzeug©^» in das das
Kompaßsystem eingebaut igt« wie SgJBe <§!sa Luftf&te&eug, isoliert
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wird, so daß der äußere Kardanring des Kurskreisels vertikal bleibt, wobei weiterhin ein zwischen den inneren und äußeren
Kardanringen befestigter Abnehmer verwendet wird, dessen Ausgangssignal
dem Aufrichtungs-Drehmomenterzeuger zugeführt wird:,
der den gemessenen Winkel zwischen den beiden Kardanringen auf 90° hai to Aus Zweokmäßigkeitsgrttnden werden diese beiden Verfahren weiter unter Bezugnahme auf Kompaßsysteme für Luftfahrzeuge
erläutert·
Bei dem ersten angegebenen Verfahren zum Horizontalhalten der Spinachse des Kreisels weist der Schwerkraft-Meßfühler selbst
schwerwiegende Nachteile auf, unabhängig davon, ob dieser die Form eines Beschleunigungsmessers oder einer Flüssigkeitslibelle
aufweis to Erstens kann der Schwerkraft-Meßfühler nicht zwischen
Schwerkraft- und Luftfahrzeugbeschleunigungen unterscheiden, so daß beispielsweise während fortgesetzten Kreisens des Luftfahr«
zeuges der Meßfühler die Spinachse auf eine Richtung aufrichtet*
die sehr stark von der tatsächlichen Horizontalen abweicht» Wei~
terhln schwingt, wenn die Kurven des Luftfahrzeuges für eine be«
liebige Zeitdauer fortgesetzt werden, die Spinachse um die Hori~ zontalposition mit einer Amplitude, die bis zu 10° betragen kann<
Dieser Fehler kann dadurch verringert werden, daß das Aufrichtsystem des Kreisels außer Betrieb gesetzt wird, wenn der Querneigungswinkel
des Luftfahrzeuges einen vorher eingestellten Grenzwert überschreitet (typischerweise 6°), doch wenn dieser
Zustand andauert, (beispielsweise während dauernder Umrundungen) rufen Reibungsdrehmomente um die Achse des äußeren Kardanringes
herum eine Präzession der unkontrollierten Spinachse auf einen großen Winkel hervor» Eine alternative Lösung bei einer Ausgestaltung
des Meßfühlers als Beschleunigungsmesser besteht darin, das Besohleunlgungsmesser-Ausgangssignal zu Integrieren, um ein
die Geschwindigkeit darstellendes Signal zu erzielen, wobei dieses
Signal mit einem die gemessene Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges darstellenden Signal verglichen wird.. Irgendein Unter-
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schied wird dann einer Komponente der von dem Beschleunigungsmesser
festgestellten Schwerkraftbeschleunigung zugeordnet, cLho
der Beschleunigungsmesser und damit auch die Spinaohse ist nicht horizontale Der Auf rieh tungs-Drehmomenterzeuger wird dann in
geeigneter Weise angesteuert« um die Neigung zu korrigieren·
Dieses System (das als Aufrichtung zweiter Ordnung bekannt ist) setzt voraus« daß eine Bezugsquelle für die Luftfahrzeuggeschwindigkeit
zur Verfügung steht und es ist eine umfangreiche Berech«=
nung erforderlich, um die Geschwindigkeitssignale von einer Quelle in den gleichen Satz von Achsen aufzulösen,, wie die Signale von
der anderen Quelle0
Ein Nachteilj der durch die Verwendung einer FlUssigkeitslibelle
entsteht« besteht darin* daß die Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitslibelle
unter Neigungs- oder Beschleunigungsbedingungen
zu einem Ende dieses Elementes fließt« so daß ein Massenungleioh»
gewicht auf der Spinachse und damit eine Präzession des äußeren Kardanringes des Kreisels hervorgerufen wird«, Dies ruft natürlich
einen Steuerkursfehler in dem Kompaßsystem hervor» Ein weiteres
Problem bei der Verwendung einer FlUssigkeitslibelle besteht darin5 daß diese nicht mit dem üblichen 115 Volt-Netz in
dem Luftfahrzeug verbunden werden kanns das zum Antrieb des Spinmotors des Kreisels verwendet wird* so daß Schleifringe oder
flexible Verbindungen zwischen den äußeren und inneren Kardanringen eingesetzt werden müssen« um der Flüssigkeitslibelle Leistung
zuzuführen und um das Ausgangssignal von der Flüssigkeitslibelle abzuleitenc Hierdurch ergeben sich Stördrehmomente, die eine
Präzession d©s Kreisels in Azimuthriohtung hervorrufen« wodurch
sich wiederum Steuerkursfehler ergebene
Ein Kreisel mit zwei Freiheitsgraden weist den Nachteil von Kar»
danaufhängungsfehlern auf« die eine unvermeidbare geometrische Auswirkung des Fehlens des dritten Freiheitsgrades sind. Diese
Kardanringfehler rufen große Steuerkursfehler während Manövern
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des Luftfahrzeuges hervor, die vollständig verschwinden* wenn
das Luftfahrzeug wieder einen ebenen Flugzustand annimmt0 Es ist
möglich, diese Fehler zu korrigieren« wenn Lttagsneigungs- und
Querneigungsinformationen des Luftfahrzeuges vorliegen, diese
Korrektur 1st jedoch allgemein nur dann exakt,, wenn die Spin«
achse genau horizontal liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann eine exakte Korrektur dennoch angewendet werden, wenn der
Winkel zwischen dem Inneren und dem Süßeren Kardanring gemessen
wird, dies wird jedoch bei einfachen Kurskreiseln von der erläuterten Art normalerweise nicht durchgeführt <>
Trotz dieser verschiedenen Nachteile weist dieses erste Verfah·*»
ren zum Horizontalhalten der Spinaohse den Vorteil auf, daß das resultierende Gerät relativ einfach und damit kostengünstig ist
und insbesondere keinen großen Raumbedarf aufweist, was immer eine wesentliche Erwägung insbesondere bei Luftfahrzeuginstrumen»
ten ist»
Bei dem zweiten grundlegenden, oben angedeuteten Verfahren zum
Horizontalhalten der Spinaohse eines Kreisels mit zwei Freiheitsgraden 1st der Kreisel Üblicherweise innerhalb zweier zusätzlicher
Kardanringe befestigt, die dem Ausgang eines Vertikalkreisels nach·
geführt werden, so daß der äußere Kardanring des Kurskreisels im wesentlichen vertikal bleibt« Durch Messen des Winkels zwischen
dem äußeren und dem Inneren Kardanring des Kurskreisels und durch Festhalten dieses Winkels auf 90° wird die Spinachse horizontal
gehalten. Der Abnehmer ist ein Nullpunktelement und mißt den fraglichen Winkel nicht tatsächlich.
Dieses Syβ tem beseitigt weitgehend den schwerwiegenden Fehler
eines Schwerkraft-Meßfühlers, der nicht zwischen Schwerkraft- und Luftfahrzeug-Beschleunigungen unterscheiden kann, wie es weiter
oben beschrieben wurde, und dies ergibt sich daraus, daß bei diesem zweiten System die Aufriohtungssteuerung des Kurskreisels
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eine zusätzliche Zeltkonstante zwischen den im dem Vertikal-Krelsel
verwendeten Flüssigkeitslibellen und dem Spinaohsen-Aufricht-Drehmomenterzeuger
einfügt<, Der Vertikalkreisel verwendet
ebenfalls eine Aufrloht-Absohaltung während Luftfahrzeugmanövern« doch ergeben sioh in diesem Fall Reibungsdrehmomente
um die Spinachse des Vertikalkreisels und diese Dreh»
momente haben nur geringe Folgen <>
Die oben beschriebene Wirkung« daß die Flüssigkeit in den Flüssigkeitslibellen zu den Enden
der jeweiligen Einrichtungen fließt und damit ein Massenungleioh«
gewicht hervorruft« wird aus dem gleichen Gründe verringert»
während das Problem bezüglich der Verwendung des 115 Volt-Netzes das ebenfalls erwähnt wurde« hier nioht auftritt« weil der Win»
kel»Abnehmer ein 115 Volt-Synohro sein kann« der an der Spin»
motorspannung arbeiteto Die Kardanringaufhängungsfehler« die
weiter oben in Verbindung mit dem ersten grundlegenden Verfahren erläutert wurden« werden bei diesem zweiten Verfahren auf
Grund der die anderen Probleme betreffenden Verbesserungen verringert« doch ist« obwohl ein Abnehmer zwischen dem äußeren und
Inneren Kardanring des Richtungskreisels angeordnet ist und den
Winkel zwischen diesen Kardanringen mißt« das Ausgangssignal von dem Abnehmer nicht in einer Form« die zur Durchführung einer
vollständigen Kardanfehler-Korrektur geeignet 1st,
Der wesentliche Nachteil dieses zweiten Verfahrens besteht in
der technischen Kompliziertheit der zusätzlichen Kardanringe und in dem Raumbedarf der Anordnung. Ein derartiges Gerät wird Üblicherwelse
mechanisch mit dem Vertikalkreisel kombiniert« um eine stabilisierte Plattform zu bilden« deren Kosten wesentlich
höher sind« als die Kombination von einfachen Vertikal- und Kurskreiseln»
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kompaßsystem umfaßt einen Kurskreisel
mit zwei Freiheitsgraden und mit inneren und äußeren Kardanringen«
der ein elektrisches Ausgangssignal liefert« das den
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Steuerkurs des Luftfahrzeuges darstellt« in das das Kompaß=
system eingebaut 1st« vertikale Bezugseinrichtungen zur Lieferung eines Ausgangesignals, das die Längs- und/oder Quer«
neigung des Luftfahrzeuges darstellt^ Rechnereinrichtungen,, die
aus den Ausgangssignalen des Kurskreisels und der vertikalen Bezugseinrichtung ein Signal ableiten, das den Winkel zwischen
dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels darstellt η
der vorhanden sein würde, wein die Ebene des inneren Kardanringes
parallel zur horizontalen Achse der Erde liegen würde9 und Ver=
gleiohereinrlohtungen zum Vergleloh des Kardanring=Winkelsignals
mit einem Ausgangssignal von einem Abnehmer, der den tat säen=
liehen Winkel zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels mißt, um ein Ausgangssignal zu liefern* das
den Fehler des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels darstellt« wobei das Fehlersignal
einem Aufriohtsystem zugeführt wird, das einen Teil des Kurs=
kreiseis bildet, um die Ebene des inneren Kardanringes Im wesentlichen parallel zur horizontalen Erdachse auszurichten,,
Weil der Abnehmer zur Lieferung eines Signals verwendet wird^ .
das ein tatsächliches MaB des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring des Kurskreisels darstellt, was bei bekannten Kompaßsystemen unter Verwendung einfacher Kurskreisel
nioht der Fall ist, kann dieses Merkmal mit großem Vorteil zur
Verbesserung der Genauigkeit des Gesamt-Kompaßsystems dadurch
ausgenutzt werden, daß eine vollständige Kardanfehlerkorrektur durchgeführt wird ο Wie dies weiter oben erläutert wurde, wird
der Abnehmer bei bekannten Systemen üblicherweise als Nullanzeigeeinrichtung verwendet, so daß ein tatsächliches Maß des
Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring nicht gewonnen wird und eine vollständige Kardanringkorrektur
nioht ausgeführt werden kann«,
Das erfindungsgemäße Kompaßsystem weist die Vorteile des ersten
bekannten Verfahrensaun Horizontalhalten des Spinachse des Kurs-
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kreisele In bezug auf die geringen Kosten und die geringe Größe
auf und es weist zumindest die Genauigkeit der zweiten bekannten Anordnung bzw® des zweiten Verfahrens auf B das weiter oben erläutert
wurdeο Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Kompaßsystems
ist in der Praxis gegenüber der Genauigkeit bekannter Kompaßsysteme verbessert, Insbesondere wenn der Vorteil der Möglichkeit einer vollständigen Kardanfehlerkorrektur ausgenutzt wirdο
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sloh aus den Unteransprüchen„
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dar=
gestellten Ausführungsbeispielen nooh näher erläutert»
In der Zeichnung zeigen?
FIg0 1 ein schematiches Blockschaltbild einer AusfÜhrungsform
des Kompaßsystems;
FIg0 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform des Kompaßsystems0
Das in den Zeichnungen dargestellte Kompaßsystem umfaßt einen
einfachen Kreisel 1 mit zwei Freiheitsgraden, der dem ausführlicher
wenn auch schematisch in Fig. 2 dargestellten Kreisel entsprechen kanne Der Kreisel weist einen um eine Spinachse 2 rotierenden Rotor 2, einen inneren Kardanring 4, einen äußeren an der
Zelle des (nicht gezeigten) Luftfahrzeuges befestigten Kardanring 5, einen Aufricht-Drehmomenterzeuger 6, der betätigbar ist,
um den Kreisel so zu präzedieren, daß die Spinachse j5 im wesentlichen
horizontal verläuft, einen Abnehmer 7 zur Lieferung eines
den Steuerkurswinkel Ψ des Luftfahrzeuges darstellenden Ausgangssignals
und einen weiteren Abnehmer 8 zur Messung des Winkels 6 zwischen den Kardanringen 4 und 5 auf, der auf einem derartigen
Wert gehalten werden soll, daß die Spinachse 3 horizontal ver-
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läuftο Dieser Kurskreisel 1 könnte auch die Form eines Kreisels
mit einem mit Hilfe von biegungselastischen Elementen gelagerten Rotor aufweisenο Ausführungsformen einer Art von derartigen
Kreiseln sind in den deutschen Offenlegungsschriften 20 24 593 und 22 10 391 der gleichen Anmelderin dargestellt
und beschriebene
Das Kompaßsystem weistwiterhin eine Vertikalbezugseinheit in
Form eines Vertikalkreisels 9 mit zwei Freiheitsgraden auf, obwohl
dieser Vertikalkreisel alternativ ebenfalls ein Kreisel mit in biegungselastischen Lagerungen gehaltertem Rotor B ein
Wendekreisel, eine Pendeleinrichtung oder ein Beschleunigungsmesser
sein könnte β Der Vertikalkreisel 9 liefert zwei Ausgangs·= signale an jeweiligen Leitungen 11 und 12, wobei das Ausgangssignal
an der Leitung 11 den Längsneigungswinkel Θ des Luftfahrzeuges und das Signal an der Leitung 12 den Querneigungswinkel Ψ dee Luftfahrzeuges darstellt. Diese Querneigungs- und
Längsneigungssignale werden einer digitalen Rechnerschaltung 13 zugeführt, die einen Teil einer digitalen Gesamtverarbeitungseinheit
14 bildet, wobei das Ausgangssignal von dem Abnehmer 7 des Kurskreisels 1 ebenfalls der Rechnerschaltung 17 zugeführt
wird und diese Schaltung von diesen verschiedenen Eingängen ein Signal & an einer Leitung 15 ableitet, das ein erstes Maß des
Winkels £ zwischen den inneren und äußeren Kardanringen 4 und 5 des Kurskreisels 1 darstellt. Die Funktion der Rechnerschaltung
wird weiter unten ausführlicher beschrieben.
Das Signal an der Leitung 15 wird als ein Eingang einem digitalen
Vergleicher 16 zugeführt, der ebenfalls einen 1Seil der Verarbeitungseinheit
14 bildet. Der Wert £-m des von dem Abnehmer δ
des Kurskreisels 1 gemessenen Kardanringwinkels £ stellt den zweiten Eingang an den Vergleicher 16 dar, so daß das Ausgangssignal
dieses Vergleichers an der Leitung 17 den Fehler des Kardanringwinkels darstellt, der durch S - S gegeben ist.»
Dieses Fehlersignal wird dem Aufricht-Drehmomenterzeuger 6 des
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Kurskreisels über eine übliche Aufricht-Steuergesetzschaltung
18 zugeführt und der Drehmomenterzeuger arbeitet derart, daß
der Kurskreisel.in die richtige Richtung präzediert wird, um
das Fehlersignal auf 0 zu verringern, so. daß die Spinaohse 3
im wesentlichen horizontal gehalten wird»
Das KompaBsystem umfaßt weiterhin eine weitere digitale Rechner=·
Schaltung 19, die eine vollständige Kardanringfehlerkorrektur ergibt*
so daß Fehler« die aus dem geometrisohen Effekt des Fehlens
eines dritten Freiheitsgrades in einem Kreisel mit zwei Freiheitsgraden^kompenslert werden. Diese Kardanringkorrektur
kann auf Grund der Tatsache durchgeführt werden, daß ein tatsächliches Maß des Kardanringwinkels 6 zur Verfügung steht,
das durch das Ausgangssignal des Abnehmers 8 geliefert wird 9
das an der Leitung 20 der Schaltung I9 zugeführt wird, und zwar
ebenso wie das Steuerkurs-Ausgangssignal von dem Abnehmer 7 auf einer Leitung 21. Weitere Eingänge an die Rechnerschaltung sind
die Längsneigungs- und Querneigungssignale an den Leitungen 11
bzwο 12ο Die Funktion der Rechnerschaltung 19 wird ausführlicher
weiter unten beschrieben, es sei jedoch bereits jetzt bemerkt, daß das korrigierte oder wahre Steuerkurs-Ausgangssignal γ^,
das aus den Eingangssignalen abgeleitet wird, an einer Leitung 22 einer weiteren digitalen Verarbeitungseinheit 23 zugeführt
wird ο Eine Magnetfeldsonde 24 liefert ein Eingangssignal an die
Verarbeitungseinheit 23, wobei dieses Signal den magnetischen
Steuerkurs V_a_ des Luftfahrzeuges darstellto Weitere Eingänge
niag
sind eine Versch&ungskorrektur für den Kurskreisel 1 an einer
Leitung 25» eine Breitengrad-Korrektur an der Leitung 26 und
eine Meridian-Konvergenzkorrektur an der Leitung 27, wobei diese
verschiedenen Eingänge an die Verarbeitungseinheit 24 der üblichen
Praxis entsprechen. Die Verarbeitungseinheit 24 liefert zwei Ausgänge, einen an einer Leitung 28, die ein magnetisch
nachgeführtes Steuerkurssignal abgibt, und das andere an der Leitung 29, die ein Kurskreisel-Ausgangssignal abgibt. Lediglich
einer der beiden Ausgänge an den Leitungen 28 und 29 wird
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zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt verwendet^ wobei der
Pilot von einem Ausgang zum anderen schaltet« jenachdem
welcher Ausgang zweokmäßiger isto
Im folgenden soll die Reohnersohaltung 13 weiter beschrieben
werden. Diese Rechnersohaltung 13 ist bei dem bevorzugten Aus= fUhrungsbelspiel so aufgebaut« daß sie die folgende Gleichung
löst« die aus gut bekannten Transformationen von den Erdachsen zu den Fahrzeugachsen und dann zu den Kreiselachsen abgeleitet
sin 9 cos 4L + cos 9 sin 9 sin ΨΜ
i.__ £ m m f, \
Tian C0 cos 9 cos ψ %iJ
Bei dieser Gleichung ist angenommen« daß die Splnaohse 3 des
Kurskreisels 1 horizontal ist« damit sloh ein erstes Maß des Winkels £ ergibt. Es können jedoch auch andere,Gleichungen
verwendet werden« um den gewünschten Winkel 6Q zu gewinnen 0
Der Vergleicher 16 ist nicht ein einfacher Vergleicher« sondern
er ist so ausgelegt, daß er die folgende Gleichung löst, um das Fehlersignal zu liefern« das zur Ansteuerung des Aufrichter eh»
momenterzeugers 6 des Kurskreisels 1 verwendet wlrds
tan £ - tan £
°c °ία 1 + tan fc tan £ K }
c ^n
Die Reohnersohaltung 18 ist derart aufgebaut« daß sie die fol«
gende Gleichung löst« um das wahre Steuerkurs-Ausgangssignal ^1
zu liefern; es können jedoch wiederum auch andere Gleichungen zu dem gleichen Zweck verwendet werden:
oos £ sin HL + sin ψ tan £
Die Gleichungen (l) und (3) sind von den allgemeinen Bewegungsgleichungen eines einfachen Kreisels mit zwei Freiheitsgraden
abgeleitetο
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π -
In Pig. 2 ist ein ausführlicheres und bevorzugtes System verglichen
mit dem nach Fig. 1 dargestellt. Der Kurskreisel 1 ist dem in Fig. 1 verwendeten ähnlich, wie es bereits erwähnt wurde,
obwohl der Abnehmer 7 die Form eines Differentialresolvers aufweist ο Die Rechner schaltungen 13 und 19* der Vergleicher 16 und
die digitale Verarbeitungseinheit 23 nach Fig. 1 sind alle in
einer zentralen Verarbeitungseihheit (GPU) 31 vereint, der weiterhin
ein Speioher 32 mit wahlfreiem Zugriff (RAH) und ein Fest»
wertspeicher 33(ROM) zugeordnet sind. Ein Vertikalkreisel 9 und
eine Magnetfeldsonde 24 werden ebenso wie in Figo 1 zusammen mit einer Aufricht-Steuergesetzschaltung 18 verwendet, die im einzelnen
ein Flipflop 34, einen Modulator 35 und einen Verstärker 36.
einschließt <,
Die Ausgänge des Kurskreisels 1, des Vertikalkreisels 9 und der Magnetfeldsonde 24 werden der zentralen Verarbeitungseinheit 31
Über eine Schnittstelleneinheit 37 zugeführt, die einen Analog·= signal-Multiplexer 38, einen Vergleicher 39 und einen Digital-/
Analogkonverter 4l umfaßt« Die an den Leitungen 25 und 27 in
Fig. 1 zugeführten Korrektursignale ergeben sich in der zentralen
Verarbeitungseinheit 31 des beschriebenen Systems selbst, das Breitengrad-Korrektursignal Λ wird jedoch an der Leitung 26 als
ein Eingang an den Multiplexer 38 zugeführt. Eine weitere Schnittstelleneinheit
42 ist zwischen der zentralen Verarbeitungsein= heit 31 und dem Kurskreisel 1 eingefügt, wobei diese Einheit einen
Digital-/Analogkonverter 43 und zwei parallele Kanäle umfaßt,
die jeweils eine Abtast- und Haltesohaltung 54 uns einen Modulator
45 aufweisen und die jeweils Signale ableiten, die proportional
zu sinus S und ooslnus S sind, wobei 8 die Differenz
zwischen dem angezeigten und dem wahren Steuerkurs 1st.
Um die Notwendigkeit einer Hochgesohwindigkeits-Verarbeitungseinheit
31 und Hochgesehwindigkeits-Schnittstelleneinheiten 37
und 42 zu vermeiden, ist das System für einen Betrieb in einer Quasi-Rückkopplungsbetriebswelse ausgelegt,, Der in dem Kurskrei-
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sei 1 verwendete Differentialresolver 7 führt die schnellen
Nachfolgeraten beispielsweise während einer schnellen Wendebewegung des Luftfahrzeuges aus und die zentrale Verarbeitungs»
einheit j51 errechnet das Korrektursignal S, das sich relativ
viel langsamer ändert, ungefähr um zwei Größenordnungen langsamer. Die Betriebswelse des Kompaßsystems nach Fig. 2 ist
folgende:
Der wahre Steuerkurs Yfc wird von dem Differentialresolver 7 ab=
geleitet, der den Kreisel-Steuerkurs V und das Korrektursignal
S9 summiert, wobei S* der Wert von 8 aus dem vorhergehenden
Zyklus istο Der wahre Steuerkurs Ψt wird In Multiplexbetriebs=
weise zusammen mit den Querneigungs- und Längsneigungssignalen φ, Q, dem Signal £_ und dem magnetischen Steuerkurs ·?__ _ von
m mag
der Magnetfeldsonde 24 In die zentrale Verarbeitungseinheit 31
eingegeben.
Der erste Sehritt besteht darin,^ zu berechnen, was durch
Speichern und Subtrahieren des Korrektursignals 8* aus dem
vorhergehenden Iterationszyklus durchgeführt wird» Unter Ver» wendung von Sf9 ψ9 θ , Ψ_β_ und Bm wird das neue Korrektursignal
mag in
ο errechnet und als ein Eingang dem Resolver 7 über die Schnitt=
Stelleneinheit 42 zugeführt. Dies ist ein kontinuierlicher Vor=
gang, der relativ langsam durchgeführt werden kann (ungefähr 40 Millisekunden) wobei eine sehr große Systemgenauigkeit (besser
als 0,1°) selbst bei komplexen Luftfahrzeugmanövern erreicht wird o
Es ist zu erkennen, daß jedes der vorstehend beschriebenen
Kompafisysteme keinen größeren Raumbedarf und kein größeres
Gewicht aufweist, als die bekannten Systeme B die Flüssigkeitslibellen verwenden, um die Spinachse des Kurskreisels horizontal zu halten* so daß .das erfindungsgemäße System ähnliche Vorteile in bezug auf die Größe aufweist,, wie das bekannte System»
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Das erfindungsgemäße System weist weiterhin einen geringeren Raumbedarf als die bekannten stabilisierten Systeme auf« well
keine zusätzlichen Kardanringe erforderlich sind« so daß sich
der weitere Vorteil einer wirtschaftlichen Herstellung ergibt«
und wobei die bisherigen zusätzlichen Kardanringe Im wesentlichen durch eine analytische Stabilisierung des Kurskreisels
ersetzt sind. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Systems 1st jedoch zumindest so gut wenn nloht sogar besser als die
der bekannten stabilisierten Systemeο Ein weiteres besonders
vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäßen Kompaßsysteme be«
steht daring daß ein Teilausfall der Rechner schaltung Ij5 oder
19 oder der zentralen Verarbeitungseinheit 31 oder des Vertikal·»
kreiseis 9 keine katastrophalen Folgen hat« weil« wenn der Auf» rioht-Drehmomenterzeuger 6 direkt dem Abnehmer 8 naohgeführt wird
um die inneren und äußeren Kardanringe 4« 5 orthogonal zu halten« ein Steuerkurs°Ausgangssignal gewonnen wird« das genau ist« wenn
der äußere Kardanring 5 vertikal isto Diese Umwandelbarkeit kann
in einem Kompaßsystem angewandt werden« das für ein Landfahrzeug
bestimmt ist« wenn der Kurskreisel 1 von dem Fahrzeug entfernt wird und als entfernter Peilrichtungsanzeiger verwendet wird«
wie dies in manchen Fällen erforderlich ist.
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Claims (2)
- Patentansprttohe :I.) Kompaßsystem, Insbesondere für Luftfahrzeuge« gekennzeichnet duroh einen Kurskreisel (l) mit zwei Freiheitsgraden und mit inneren und äußeren Kardanringen (3, 4), der ein elektrisches Auegangssignal Cfm) liefert, das den Steuerkurs des Fahrzeuges darstellt, in das das Kompaßsystem eingebaut ist, vertikale Bezugseinrichtungen (9) zur Lieferung eines Ausgangssignals (Θ,?), das die Längs- und/oder Querneigung des Fahrzeuges darstellt, Reohnereinrichtungen (13; 31)» die aus den Ausgangesignalen des Kurskreisels und der vertikalen Bezugseinrichtung ein Signal (£c) ableiten, das den Winkel zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring O* 4) des Kurskreisels (l) darstellt, der vorhanden sein würde, wenn die Ebene des Inneren Kardanringes (3) parallel zur horizontalen Erdachse liegen würde, und Vergleicherein» richtungen (16) zum Vergleich des Kardanring-Winkelsignals mit einem Ausgangssignal (^n) von einem Abnehmer (8), der den tatsächlichen Winkel zwischen dem Inneren und dem äußeren Kardanring (3# 4) des Kurskreisels (l) mißt, um ein Ausgangssignal (£m - £Q) zu liefern, das den Fehler des Winkels zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring (3, 4) des Kurskreisels (l) darstellt, wobei das Fehlersignal (^L- ^0) einem Aufriehtsystem (18) zugeführt wird, das einen Teil des Kurskreisels (l) bildet, um die Ebene des inneren Kardanringes (3) im wesentlichen parallel zur horizontalen Erdachse auszurichten.
- 2. Kompaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiahnet, daß die Ausgangssignale (V , Θ, V) von dem Kurskreisel und den vertikalen Bezugseinrichtungen den Rechnereinrichtungen (31) über eine Schnittstelleneinheit (37) zugeführt werden, und daß das den Steuerkurs darstellende Ausgangssignal(^)509827/0153von dem Kurskreisel von einem Differentialresolver (7) abgeleitet wird, dem von den Reohnereinriohtungen Öl) über eine weitere Sohnittstelleneinheit (42) ein Korrektur-Eingangssignal (<5) zugeführt wird, so daß das System in einer Quäsi-RUokkopplungsbetriebswelse derart arbeitet, daß die Rechnereinrichtungen (31), die Sohnittstelleneinheit (37) und die weitere Schnittstelleneinheit (42) eine relativ niedrige Betriebsgeschwindigkeit aufweisen können0ο Kompaßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur-Eingangssignal (8) anjden Differentialresolver (7) ein Signal 1st, das die Differenz zwischen dem wahren und dem angezeigten Steuerkurs des Fahrzeuges darstellteο Kompaßsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleioherelnrichtungen In die Rechnereinrichtungen (31) eingefügt sind.5ο Kompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen (19) zur Durchführung einer Kardanringfehlerkorrektur in dem Kurskreisel (l) vorgesehen sind»Kompaßsystem nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichne t s daß die Einrichtungen (19) eine Rechnerschaltung umfassen, der als Eingangssignale die Ausgangssignale (f , £_, Ö, ψ) von dem Kurskreisel und den vertikalen Bezugseinrichtungen (9) zugeführt werden«ο Kompaßsystem nach Anspruch 5, dadurch gek. ennzeichn e t 8 daß diese Einrichtungen in der Rechnereinrichtung (31) eingefügt slnd0δ ο Kompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurskreisel (l) ein Kreisel mit biegungselastisch aufgehängtem Rotor ist·509827/01532434918Kompaßsystem naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Be» zugselnrlchtung die Form eines Kreisels (9) mit zwei Frei«» heltsgraden aufweisto10, Kompaßsystem naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Bezugseinrichtung (9) die Form eines Kreisels mit biegungselastisch aufgehängtem Rotor aufweist«509827/0153Leerseite
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Date | Code | Title | Description |
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
8141 | Disposal/no request for examination |