DE2700353C2

DE2700353C2 - Richtungsgebersystem, insbesondere für Radaranlagen

Info

Publication number: DE2700353C2
Application number: DE2700353A
Authority: DE
Inventors: Joseph Easto Framingham Mass. Bryden
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1976-01-05
Filing date: 1977-01-05
Publication date: 1985-10-03
Also published as: NO146002C; BE850086A; FR2379052B1; NO770020L; NL7700032A; IT1073757B; SE7614743L; DK155257C; JPS5717272B2; SE420772B; DK155257B; AU503035B2; FI65489C; AU2051576A; DE2700353A1; CA1089058A; FI770012A; FR2379052A1; NO146002B; BR7608826A

Description

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prinzip wieder; Zwischen beiden besteht keine elektrische Verbindung.

F i g. 11 zeigt das Blockschaltbild der Kursanzeige- Auf diese Weise wird das Auftreten hoher Ausgleichs-Einheit wie sie bei der Erfindung verwendet wird; ströme im Masseleiter, wie es in Kreiselkompaßsyste-

F i g. 12 stellt das Blockschaltbild eines Radarsystems men für die Schiffahrt üblicherweise vorkommt verhin-

dar. 5 dert Eine Beeinflussung der elektrischen Signale inner-

In Fig.9und Fig. lOsindeinSynchrogeberdesKrei- halb des adaptiven, kompaßgesteuerten Systems 10 selkompasses 400 und ein Schrittgeber des Kreiselkom- durch hohe Ausgleichsströme ist daher ausgeschlossen, passes 420 dargestellt Fig.9 zeigt 3 Statorwicklungen Synchrogeber/Schrittgeber-Schalter 24 wird benö- 402 des Kreiselkompasses 400, die um die Rotorwick- tigt um zwischen den unterschiedlichen Eingangssigna-Iung 404 angeordnet sind und deren Achsen um je 120° io len, die von Kreiselkompassen mit Schritt- oder Synversetzt sind. In handelsüblichen Kreiselkompassen mit chrogeberausgängen herrühren, zu wählen. Für Schritt-Synchro- oder Schrittgebern werden wohl für die Ro- gebersignale ist der Synchrogeber/Schrittgeber-Schaltorwicklung als auch für die Statorwicklung Eisenkerne ter 24 in die untere Position zu bringen. Die Ausgangssiverwendet Sie sind aus Gründen der Übersichtlichkeit gnale der Optokoppler im Stern/Dreieck-Schalter 11 in Fig. 9 und 10 nicht dargestellt Die Rotorwicklung 15 gelangen nun direkt zum 3-Phasen/UP-DOWN-Umset- 404 ist mit der Referenz-Wechselspannungsquelle 406 zer 15. Für Synchrogebersignale des Kreiselkompasses verbunden. Durch eine Drehung des Schiffes und der ist der Synchrogeber/Schrittgeber-Schalter 24 in die Kreiselebene wird die Rotorwicklung 404, die innerhalb obere Stellung zu bringen. Die Ausgangssignale der Opder Statorwicklung 402 angeordnet ist verdreht Als tokoppler im Stern/Dreieck-Schalter 11 gelangen nun Folge einer solchen Kursänderung ergeben sich die in 20 erst nach einer Umsetzung im Synchrosignal-Detektor Fig.5 dargestellten Spannungsverläufe. Die in Fig.9 12zum3-Phasen/UP-DOWN-.Umsetzer 16.
dargestellten Statorwicklungen 402 sind in Stern- bzw. Die Optokoppler und der Stern/Dreieck-Schalter 11 Y-Schaltung verbunden und besitzen einen Mittel- wandeln, falls die Eingangssignale von einem Kreiselpunktleiter. Eine Dreieck-Schaltung der Statorspulen kompaß mit Synchrogeberausgang kommen und den in 402 ist ebenso möglich. 25 F i g. 5 dargestellten Verlauf haben, diese in Signale mit

Fig. 10 zeigt schematisch den Schrittgeberausgang bestimmten Amplituden und Phasenbeziehungen um, des Kreiselkompasses 420 nach dem Schrittmotorprin- die den in F i g. 6 dargestellten Verlauf haben. Die dickzip. Der Rotor besteht aus dem beweglich angeordne- gezeichneten schwarzen Linien der 3 Signale in F i g. 6 ten Permanentmagnet 424, der sich bei einer Kursände- zeigen an, daß sich das entsprechende Ausgangssignal rung des Schiffes innerhalb der Statorwicklung 422 30 im aktivierten Zustand »L« befindet Zu den schraffierdreht. Eine Drehung des Permanentmagneten 424 bs- ten Bereichen besteht bezüglich des Zustandes der einwirkt nacheinander eine Kopplung seines Magnetfeldes zelnen Ausgangssignale, aktiviert oder nicht aktiviert, m it aufeinanderfolgenden Statorspulen 422, wobei die in eine Unsicherheit

F i g. 7 dargestellten Ausgangsignale erzeugt werden. Der 3-Phasen/UP-DOWN-Umsetzer 16 verarbeitet

Wie in F i gT9 sind die Statorspulen 422 des Schrittge- 35 die ankommenden Signale nach F i g. 6 oder 7 zu den in

bers in Stern- bzw. Y-Schaltung verbunden. Sie können F i g. 8 dargestellten Signalen. Wesentlich ist hierbei die

ebenso wie die in F i g. 9 gezeigte Anordnung in einer Tatsache, daß zeitlich keine Überlappung der aktivier-

Dreieck-Schaltung verbunden werden. ten Zustände der einzelnen Signale mehr auftritt Der in

Wie aus der vorausgegangenen Beschreibung folgt F i g. 8 dargestellte Verlauf der Signale gibt eine Dre-

ändern sich die Ausgangsspannungen jeder Statorwick- 40 hung oder Kursänderung in einer Richtung 1 wieder,

lung 402 des Synchrogebers bzw. jeder Statorwicklung Die Signale nehmen hierbei in der Reihenfolge Ao, Bo,

422 des Schrittgebers abhängig von ihrer Windungszahl Q> ihren aktiven Zustand ein. Erfolgt eine Drehung oder

und der Kopplung zwischen der Rotorwicklung und der Kursänderung in der entgegengesetzten Richtung 2, so

entsprechenden Statorwicklung. Die Frequenz der Re- nehmen die in F i g. 8 dargestellten Signale ihre aktiven

ferenz-Wechselspannungsquelle 406 ist für die handeis- 45 Zustände in der gegenläufigen Reihenfolge Q, B₀, A₀

üblichen Typen meist unterschiedlich vorgegeben. Ab- ein. Bei gegebenem Verlauf der aktivierten Zustände

hängig vom konstruktiven Aufbau kommerzieller Korn- der Eingangssignale wird im 3-Phasen/UP-DOWN-Um-

passe ergeben sich bei einer bestimmten Kursänderung setzer 16 die zugehörige Richtung der Drehung ermit-

des Schiffes unterschiedlich starke Änderungen der telt. Für die Drehung in Richtung 1 wird eine Impulsfol-

Ausgangssignale. Durch die Darstellung einer vollstän- 50 ge 1 erzeugt die als UP-Impulsfolge bezeichnet werden

digen Periode der jeweiligen Ausgangssignale haben soll. Ebenso ergibt sich für eine Drehung in der entge-

diese Unterschiede auf die folgenden Betrachtungen gengesetzen Richtung 2 als Impulsfolge 2 die DOWN-

keinen Einfluß. Impulsfolge. Für jede Zustandsänderung der einzelnen

In F i g. 1 ist das Blockschaltbild des adaptiven korn- Signale wird in der entsprechenden Impulsfolge je ein

paßgesteuerten Systems 10 dargestellt. Die Ausgangssi- 55 Impuls erzeugt

gnale des Kreiselkompasses gelangen über die entspre- Im Normalbetrieb verbindet der Nachführ/UP-chenden Eingänge der Einheit 11 zu Optokopplern und DOWN-Schalter 26 die Motorphasenfolge-Schaltung dem Stern/Dreieck-Schalter, der die erforderliche 18 mit den Ausgängen des 3-Phasen/UP-DOWN-Um-K lemmverbindung ermöglicht. Die Ausgangssignale setzers 16. Die Motorphasenfolge-Schaltung 18 steuert des Kreiselkompasses können sowohl in Schrittgeber- ω über die 4-Phasen-Treiberstufe 20 je eine Phase des als auch Synchrogeber-Form vorliegen, wobei bezug- 4-Phasenmotors 21 an. Dieser besitzt 4 Statorwicklunlich einer Stern- oder Dreieck-Schaltung und einer gen, die einzelnen und nacheinander in einer bestimmeventuell vorhandenen Synchro-Referenzspannung kei- ten Reihenfolge 1 angesteuert werden, was eine Drene Einschränkung besteht. Die Optokoppler in der Ein- hung des Motors in Richtung 1 bewirkt. Die Ansteueheit 11 ermöglichen durch ihre Lichtübertragungsstrek- 65 rung in der gegenläufigen Reihenfolge 2 verursacht eine ke eine Trennung zwischen den Ausgangsspannungen Drehung des Motors in entgegengesetzter Richtung 2. des Kreiselkompasses und den elektrischen Signalen in- Die Motorphasenfolge-Schaltung 18 steuert nun über nerhalb des adaptiven, kompaßgesteuerten Systems 10. die 4-Phasen-Treiberstufc 20 die vier Statorwicklungen

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des 4-Phasenmotors 21 in der zugeordneten Reihenfolge 1 für ankommende UP-Impulse und entsprechend in der Reihenfolge 2 für aufkommende DOWN-lmpulse an. Jeder vom 3-Phasen/UP-DOWN-Umsetzer 16 ankommende UP- oder DOWN-lmpulse bewirkt, der zugeordneten Reihenfolge nach, den Betrieb der nächsten Statorwicklung des 4-Phasenmotors 21.

Der Nachführ/UP-DOWN-Schalter 26 ermöglicht ein Einrichten der Peilskala und ein Justieren der Nordrichtung auf dem Radarschirm, falls ein Ausfall des Bordnetzes oder die gegenwärtige Stellung eine Korrektur erforderlich machen. Unabhängig von Kursänderungen des Schiffes liefert der Nachführ-Impulsgeber 14 eine kontinuierliche Folge von Impulsen, die sowohl für die UP- ais auch für die DOWN-Richtung verwendet werden. Der Nachführ/UP-DOWN-Schalter 26 wird für eine erforderliche Korrektur mit dem Nachführ-Impulsgeber 14 verbunden. Die anschließende Rückstellung des Schalters verbindet die Motorphasenfolge-Schaltung 18 wieder mit dem 3-Phasen/UP-DOWN-Umsetzer 16.

Mit den Ausgangsklemmen des Nachführ/UP-DOWN-Schalters 26 ist auch die Kursanzeige-Einheit 17 verbunden. Sie liefert wahlweise eine Digitalanzeige des Schiffskurses oder steuert über Signale den Schaltkreis für die Darstellung der Bildschirmsignale an. Die Kursrichtung erscheint dann mit den Radarinformationen gleichzeitig auf dem Bildschirm.

In F i g. 2 ist der Schaltplan für die Optokoppler und den Stern/Dreieck-Schalter 11, den Synchrosignal-Detektor 12, den Synchrogeber/Schrittgeber-Schalter 24 und für einen Teil des 3-Phasen/UP-DOWN-Umsetzers 16 angegeben. Die Ausgangssignale der Statorwicklung des Kreiselkompasses gelangen zu den Anschlüssen I, II und III, unabhängig davon, ob es sich um Synchrogeber- oder Schrittgebersignale handelt Sind die Statorwicklungen des Kreiselkompasses sternförmig verschaltet, so wird der Mittelpunktsleiter der Statorwicklungen mit der Anschlußklemme »RET« verbunden. Der Stern/ Dreieck-Schalter 116 besitzt drei einpolige Umschaltkontakte, die mechanisch miteinander verbunden sind. Er steht im Schaltbild in der Stellung Dreieckschaltung. Wird Eingang I gegenüber Eingang II positiv angesteuert, so fließt ein Strom von Klemme I durch die Leuchtdiode 108/4 und den Widerstand 109Λ zur Klemme II. Oberschreitet der Strom einen vorgegebenen Schwellwert, so beleuchtet die Lumineszenzdiode 108A den Phototransistor 11IA Liegt Eingang II potentialmäßig höher als Eingang I, so fließt der Strom vom Eingang II über die Serienschaltung aus Widerstand 109Λ und Diüuc 107 A ZüiTi Eingang I. Gleicherweise liicui bei positiver Ansteuerung des Eingangs II gegenüber III der Strom von Klemme II über die Leuchtdiode 108B und den Widerstand 109S nach Klemme III. Erreicht der Strom den für das Leuten der Lumineszenzdiode 108/4 erforderlichen Wert, so strahlt auch die Leuchtdiode 108B Licht ab. In gleicher Weise wird die Lumineszenzdiode 108C zum Leuten angeregt, wenn Eingang III positiv gegenüber Eingang I angesteuert wird Die Werte der Widerstände 109A-C sind so gewählt, daß die Lumineszenzdioden 108A-C während sich überlappender Teile benachbarter Eingangssignale leuchten.

Liegen die Ausgangssignale des Kreiselkompasses in Sternschaltung vor, wird der Stern/Dreieck-Schalter 116 in seine zweite Stellung gebracht In diesem Falle entfällt der Bezug der Eingangssignale untereinander und die Eingangspegel werden auf den Mittelpunksleiter bezogen. Die Lumineszenzdioden werden in der gleichen, vorher genannten Art und Weise angesteuert und aktiviert. ,

Liefert der Kreiselkompaß Synchrogebersignale, so wird der Wert der Widerstände 109A-CsO gewählt, daß die Lumineszenzdioden 108/1 — C während sich ' überlappender, aktiver Zustände benachbarter Eingangssignale leuchten, wie in F i g. 6 dargestellt ist. Liegenschrittgebersignale vor, so sind die Werte der Widerstände 109Λ—C so gewählt, daß eine Lichtemission während der Zeit erfolgt, in der der entsprechende Eingang potentialmäßig hoch liegt und sich somit im aktivierten Zustand befindet. Eine zufriedenstellende Arbeitsweise, sowohl für Synchrogeber- als auch für , Schrittgeber-Eingangssignale, kann bereits mit einem

is einzigen Widerstandsweri erreicht werden. Für eine ; endgültige Auswahl des Widerstandswertes müssen zusätzlich die Eigenschaften der verwendeten Lumineszenzdioden berücksichtigt werden.
Das von den Lumineszenzdioden 108/4 — Cemittierte Licht trifft auf den jeweils zugeordneten Phototransistor iHA-C. Die Kollektoren der Phototransistoren liegen an einer positiven Spannung + V, die Emitter über die entsprechenden Widerstände 113/4 — C an Masse. Fällt auf einen der Phototransistoren 111/4 —C Licht, wird dieser leitend und es fließt ein Strom durch den zugehörigen Widerstand WiA-C.

Dieser Strom bewirkt am Widerstand einen positiven Spannungsabfall, der dem logischen Zustand »HIGH« oder »1« entspricht Wird einer der Phototransistoren nicht beleuchtet, so fließt in ihm kein Strom und am ' zugeordneten Widerstand 113/4—C fällt deshalb keine · Spannung ab, was dem logischen Zustand »LOW« oder »0« entspricht In beiden vorher genannten Fällen müssen die Anforderungen der nachfolgenden, logischen Schaltung bezüglich deren Eingangspegel für die logischen Zustände »0« bzw. »1« erfüllt werden.

Ein Kreiselkompaß mit Synchrogeber liefert zusätzlich für das adaptive, kompaßgesteuerte System ein Referenzsignal, das an den Referenzeingang der optoelektrischen Entkoppelstufe und des Stern/Dreieck-Schalters 11 geführt wird. Falls die obere Klemme des Referenzeinganges positiv gegenüber der unteren Klemme angesteuert wird, fließt ein Strom durch den Widerstand 100, die Diode 102 und die Zenerdiode 101. Ist die untere Klemme jedoch positiv gegenüber der oberen, so fließt der Strom durch die Serienschaltung aus der Zenerdiode 101, der Lumineszenzdiode 105 und der Zenerdiode 104 zur oberen Klemme. Die Zenerspannungen der Zenerdioden 101 und 104 sind so gewählt, daß die Lumineszenzdiode 105 nur während der Intervalle Licht emittiert, die den geschwärzten Bereichen in F i g. 6 entsprechen. Sie garantieren das Vorhandensein eines Signals im aktivierten Zustand. Die Zenerdioden 101 und 104 haben ungefähr die gleiche Zenerspannung. Damit wird sowohl der positiven wie auch der negativen Halbwelle der Referenzspannung ein gleicher Lastwiderstand angeboten.

Das von der Lumineszenzdiode 105 emittierte Licht fällt auf den Phototransistor 110. Dieser wird bei Lichteinfall leitend. Es fließt ein Strom durch den Widerstand 116 und den Phototransistor 110 zur Masse. Daher tritt am Eingang des Schmitt-Triggers 114 eine relativ kleine Restspannung auf, die dem digitalen Zustand 0 entspricht Wird der Phototransistor 110 von der Lumineszenzdiode 105 nicht beleuchtet, so stellt er einen hochohmigen Widerstand dar, der keinen Strom durch den Widerstand 116 fließen läßt Damit liegt die positive Spannung +V am Eingang des Schmitt-Triggers 114.

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Die Spannungsänderung von 0 nach + V und nach 0 zurück am Kollektor des Phototransistors 110 bewirkt am Ausgang des Schmitt-Triggers 114 einen Impuls, der als Taktimpuls für die D-Flipflops 112Λ —Cgeeignet ist. Die Dateneingänge des D-Flipflops sind mit den Ausgängen der optoelektrischen Trennstufe und des Stern/ Dreieck-Schalters 11 verbunden.

Synchrogeber/Schrittgeber-Schalter 24 ist in seiner oberen Stellung gezeichnet. Damit liegen an den Eingängen des Umkodierers 117 Signale, wie sie in Fig.6 gezeigt sind und von einem Kreiselkompaß mit Schrittgeberausgang erhalten werden. In der unteren Stellung des Synchrogeber/Schrittgeber-Schalters 24 gelangen Schrittgebersignale, wie sie in F i g. 7 gezeigt sind, an die Eingänge des Umkodierers 117. Der Umkodierer 117 und die nachfolgenden NAND-Gatter 118Λ— C setzen Eingangssignale, wie sie in F i g. 6 und 7 dargestellt sind, in Ausgangssignale um, die den in F i g. 8 gezeigten Verlauf besitzen. Diese Umsetzung erfolgt durch logische Verknüpfungen, wie sie in der nachfolgenden Tabelle I aufgeführt sind.

Tabelle I

Ausgangssignal

Eingangssignal

ABC+ABC ABT+ABC ABC+ABC

Der Hauptteil des 3-Phasen/UP-DOWN-Umsetzers 16, der die digitalisierten Eingangssignale, die vom Synchronsignaldetektor 12 kommen, in Folgen von Impulsen umsetzt, ist in F i g. 3 dargestellt. Für eine Drehung des Schiffes in einer Richtung 1, die einer Drehung in Richtung wachsender Azimutwerte entspricht, wird eine Folge von UP-Impulsen erzeugt Dreht sich das Schiff in Richtung 2 bzw. erfolgt eine Drehbewegung in Richtung abnehmender Azimutwerte, wird eine zweite oder DOWN-Impulsfolge erzeugt Die auf den drei Phasen A₀, B₀ und C₀ von den NAND-Gattern 118 ankommenden Signale, die sich jetzt zeitlich nicht mehr überlappen, gelangen zu den zugehörigen Eingängen von drei monostabilen Multivibratoren 12OA-C. Übergänge der einzelnen Eingangssignale zwischen den logisehen Pegeln »LOW« und »HIGH« entsprechend »0« und »1«, bewirken am Ausgang des zugeordneten monostabilen Multivibrators 120A—C einen Impuls, dessen Impulsbreite durch die gewählten Werte des Widerstandes 121 und des Kondensators 122 bestimmt ist

Werden für den Widerstand 121 und den Kondensator 122 die Werte 50 kohm und 470 pf verwendet, so liefert jede ansteigende Flanke eines Eingangsimpulses einen Ausgangsimpuls mit ungefähr 10 usec Impulsbreite. Die Ausgangsimpulse der einzelnen monostabilen Multivibratoren 120/4— C werden disjunktiv verknüpft, wobei am Ausgang des NAND-Gatters 125 eine serielle Impulsfolge entsteht Jede positive Anstiegsflanke der einzelnen Signale A₀, B₀ oder C₀ bewirkt am Ausgang des NAND-Gatters 125 einen positiven Impuls mit einer Breite von ungefähr 10 \isec Befindet sich der Nachführ/U P-DOWN-Schalter 26, wie in Fig.3 gezeigt, in seiner Mittelstellung, so wird der Ausgang des NAND-Gatters 125 über die Schaltebene 149 des Nachführ/UP-DOWN-Schalters 26 mit dem Eingang des monostabilen Multivibrators 130 verbunden. Dieser ist so beschaltet daß nur fallende Flanken der ankommenden Eingangsimpulse an seinem Ausgang einen Impuls erzeugen. Die vom monostabilen Multivibrator 130 angegebene Impulsfolge ist daher gegenüber der an seinem Eingang ankommenden Impulsfolge um deren Impulsbreite zeitlich versetzt. Die Breite der erzeugten Impulse möge ebenfalls 10μ5βο betragen. Deshalb werden für den Widerstand 131 und den Kondensator 132 als zeitbestimmende Elemente die gleichen Werte wie für die monostabilen Multivibratoren 120/4 — C verwendet. Der Ö-Ausgang des monostabilen Multivibrators 130 ist mit den Takteingängen der »D«-Flipflops 124/4 — Cverbunden. Die dort ankommenden Impulse takten die an den Eingängen der »D«-Fiipflops 124/4 — C liegenden, logischen Eingangspegel an deren Ausgänge. Dies erfolgt mit einer Zeitverzögerung von 10 μ5βΰ gegenüber der erfolgten Zustandsänderung der Eingangssignale zu einem Zeitpunkt, da sichergestellt ist, daß die Eingangssignale einen stabilen Zustand eingenommen haben.

Die Ausgänge der »D«-Flipflops 124/4 — C mit der Bezeichnung Au B\ und C\ besitzen jetzt den Zustand der Eingangssignale auf den drei Phasen, wie er in der vorhergehenden Taktperiode aufgetreten ist. Dieser Zustand wird mit dem gegenwärtigen Zustand des dreiphasigen Signals Ao, B₀ und C₀ verglichen. Aus der eingetretenen Veränderung kann entschieden werden, ob dies einer Drehung im positiven oder negativen Sinn entspricht Diejenigen Zustandsänderungen der Eingangssignale, die einer Drehung im positiven Sinn bzw. im Uhrzeigersinn entsprechen, sind in Tabelle II angegeben. Tabelle III gibt die Zustandsänderungen wieder, die eine Drehung in negativer Richtung bzw. gegen den Uhrzeigersinn beschreiben. In diesen Tabellen stellt die logische »1« den aktivierten oder »HIGH«-Zustand, die logische »0« dementsprechend den nicht aktivierten oder »LOW«-Zustand dar.

Tabelle II

gegenwärtiger Zustand
A₀BoCo

früherer Zustand

1 0 0

0 1 0

0 0 1

1 0 0

Tabelle III

0 0 1

1 0 0
0 1 0
0 0 1

gegenwärtiger Zustand

früherer Zustand
A,B,Q

0 0 1

0 1 0

1 0 0
0 0 1

1 0 0

0 0 1

0 1 0

1 0 0

Wie aus Tabelle II folgt kann die logische Schaltfunktion, die eine Drehung in positiver Richtung bzw. im Uhrzeigersinn anzeigt und damit ein Kriterium für die Erzeugung von UP-Impulsen liefert, als Konjunktion (AND-Verknüpfung) benachbarter Eingänge mit anschließender disjunktiver Verknüpfung (OR-Verknüpfung) der Konjunktionen geschrieben werden. In glei-

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ίο

eher Weise kann die Schaltfunktion, die eine Drehung in negativer Richtung bzw. gegen den Uhrzeigersinn anzeigt und das Kriterium für die Erzeugung von DOWN-Impulsen liefert, als Konjunktion benachbarter Werte in Tabelle IH mit anschließender disjunktiver Verknüpfung der Konjunktionen geschrieben werden. Die sich ergebenden Gleichungen lauten:

UP= A₀Ci + B₀Af + CoB\
DOWN = A₀St + SbCi + C₀A,

Die Realisierung der Schaltfunktionen erfolgt durch die AND/OR-Gatter 127 und 128. Für eine Drehung in positiver Richtung befindet sich der Ausgang des AND/ OR-Gatters 127 im logischen Zustand »1«. Analog besitzt für eine Drehung in negativer Richtung daß AND/ OR-Gatter 128 den logischen Zustand »1«. Befindet sich der Nachführ/UP-DOWN-Schalter in seiner Mitteloder »Ein«-Stellung, wie in F i g. 3 gezeigt ist, so aktivieren die Ausgangsimpulse der AND/OR-Gatter 127 und 128 den zugeordneten Eingang der entsprechenden NAND-Gatter 151 und 152. Die vom Multivibrator 130 erzeugte und am Ausgang Q abgegriffene Impulsfolge, die in negierter Form als Taktsignal für die Flipflops 124 verwendet wird, wird dem jeweiligen zweiten Eingang der beiden NAND-Gatter 151 und 152 zugeführt Befindet sich der Ausgang des AND/OR-Gatters 127 im logischen Zustand »1«, so gelangen die vom Multivibrator 130 erzeugten Impulse an den Ausgang des NAND-Gatters 151 und stellen somit eine Folge von UP-Impulsen dar. Während dieser Zeit wird das NAND-Gatter 152 mit dem logischen Zustand »0« vom AND/OR-Gatter 128 her angesteuert Besitzt das Ausgangssignal des AND/OR-Gatters 128 den logischen Zustand »1« und das Ausgangssignal des AND/OR-Gatters 127 den logischen Zustand »0«, so gelangen die vom Multivibrator erzeugten Impulse durch das NAND-Gatter 152 und bilden an dessen Ausgang die Folge der DOWN-Impulse.

In F i g. 4 sind der prinzipielle Aufbau der Motorphasenfolge-Schaltung 18, der 4-Phasen-Treiberstufe 20 und des 4-Phasen-Motors 21 gezeigt Die UP- bzw. DOWN-Impulsfolgen gelangen an den entsprechenden UP- bzw. DOWN-Zähleingang des UP/DOWN-Binärzählers 160. Jeder am UP-Eingang des Binärzähler ankommende Impuls führt zu einer Erhöhung des Zählerstandes um ein Bit Analog wird beim Eintreffen eines Impulses am DOWN-Eingang der Zählerinhalt um ein Bit verringert In positiver Zählrichtung (UP-Impulse) zählt der UP/DOWN-Binärzähler 160 von 000 in Schritten von 001 bis ill und wird dann wieder nach 000 zurückgesetzt Ähnlich erfolgt der Zählvorgang in negativer Zählrichtung (DOWN-Impulse) von 111 in Schritten von 001 nach 000 mit anschließender Rücksetzung nach 111.

Wegen der Anordnung der Wicklungen im Kreiselkompaß kann eine Änderung des Zählerstandes um ein Bit am Ausgang des UP/DOWN-Binärzählers 160 einer Azimutänderung von 10' oder 20' entsprechen. Für den letzteren Fall befindet sich der 10720'-Schalter 165 in der gezeichneten Stellung. Hier bewirkt jeder UP- oder DOWN-Impuls ein Weiterschalten des 4-Phasen-Motors 21 um einen Schritt Für den ersten Fall wird die Stellung des 10720'-Schalters 165 gewechselt Nur jeder zweite UP- oder DOWN-Impuls bewirkt jetzt ein Weiterschalten des 4-Phasen-Motors 21.

Die Inverter 161 und 162 und die nachfolgenden AND-Gatter 163 dekodieren das binäre Zählen des UP/ DOWN-Binärzählers 160 und aktivieren die Leistungen 167Λ-Ο an der Reihenfolge 167/4-167B- 167C-167D—167/4 — ..., falls ein Aufwärtszählen bzw. Zählen in positiver Richtung vorliegt Für ein Abwärtszählen bzw. Zählen in negativer Richtung werden in die Leitungen 167A-Din der Reihenfolge 167D-167C- ie/ B-167/4—167D— ... angesteuert.

Die Motor-Treiber-Transistoren 166 werden durch die dekodierenden AND-Gatter 163 angesteuert. Die

ίο Emitter der Treibertransistoren sind verbunden und liegen über den Widerstand 168 an Masse. Ihre Kollektoren liegen an je einem End** der Statorwicklungen 170, deren andere Wicklungsenden gemeinsam an der positiven Spannung + E liegen. Wird einer der Motor-Trei- ber-Transisioren 186 durch ein positives Ansteuersigna! leitend, so fließt ein Strom durch die zugeordnete Statorwicklung 170, durch den Treibertransistor und durch den allen gemeinsamen Emitterwiderstand 168. Jede Statorwicklung 170 ist durch eine Diode 172 überbrückt Die gleichzeitig mit den fallenden Flanken der Stromimpulse an den Statorwicklungen auftretenden Spannungsspitzen werden dadurch kurzgeschlossen. Werden die Statorspulen 170 in einer Reihenfolge angesteuert, wie sie durch UP-Impulse bewirkt wird, so erfolgt eine Drehung des Rotors 174 in einer Richtung 1. Demrsu· sprechend dreht sich der Rotor in die entgegengesetzte Richtung, wenn bei der Ansteuerung eine Reihenfolge vorliegt wie sie beim Verarbeiten der DOWN-Impulse gegeben ist

Über die Antriebswelle 22 ist der Rotor 174 des 4-Phasen-Motors 21 mechanisch mit der Peilskala 180 und dem Revolver 175 verbunden. Die Kegelzahnräder 173 verbinden die Antriebswelle 22 mit der drehbaren Achse des Revolvers 175; das Ritzel 176 überträgt Be wegungen der Antriebswelle auf die Peilskala 180. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Ritzel und Peilskala ist — gegeben durch die Zähnezahlen der beiden Zahnräder — so gewählt, daß eine Drehung der Peilskala entsprechend der Größe der azimutalen Winkelände rung erfolgt, wie sie durch die Ausgangssignale des Kreiselkompasses beschrieben wird.

Bei früheren Kreiselkompaßsystemen existierten Vorrichtungen, die mechanisch in Drehen der Peilskala von Hand ermöglichten. Damit konnte die Peilskala nach dem Kurs des Schiffes ausgerichtet werden. Innerhalb des Gesamtsystems der vorliegenden Erfindung sind Vorrichtunge realisiert die auf einfachere Weise ein Ausrichten der Peilskala nach dem Kurs des Schiffes ermöglichen. Dies geschieht durch die Betätigung eines

so Schalters mit entsprechenden Stellungen. Damit kann

i aimi u£.rv,

der entgegengesetzten Richtung veranlaßt werden. Wie in Fig.3 dargestellt ist und früher schon angedeutet wurde, erzeugt der Nachführ-Impulsgeber 14 eine kon tinuierliche Folge von Impulsen mit einer Impulsfolge frequenz, die für die Drehgeschwindigkeit der Peilskala 180 während des Nachführens bestimmend ist Der Ausgang des Nachführ-Impulsgebers 14 ist mit beiden, sowohl der oberen als auch der unteren Stellung der Schaltebene 149 des Nachführ/UP-DOWN-Schalters 26 verbunden. Wird er in die obere Stellung gebracht so wird gleichzeitig am unteren Eingang des NAND-Gatters 151 eine logische »1« bzw. positive Spannung angelegt Der untere Eingang des NAND-Gatters 152 wird

es dabei mit logisch »0« angesteuert bzw. mit Masse verbunden. Die fortlaufend vom Nachführ-Impulsgeber 14 angegebenen Impulse gelangen über die Schaltebene 149 zum oberen Eingang des NAND-Gatters 151 und

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erzeugen somit eine kontinuierliche Folge von UP-Impulsen, die unabhängig von jeder azimutalen Lageänderung des Schiffes bzw. den Ausgangssignalen des Kreiselkompasses ist. In analoger Weise wird beim Umschalten des Nachführ/UP-DOWN-Schalters 26 in seine untere Stellung eine logische »0« an den unteren Eingang des NAND-Gatters 151 und eine logische »1« an den unteren Eingang des NAND-Gatters 152 gelegt. Dadurch wird NAND-Gatter 151 gesperrt, während das NAND-Gatter 152 eine kontinuierliche Folge von DOWN-Impulsen liefert. Der Nachführ/UP-DOWN-Schalter 26 bleibt so lange in einer der beiden Stellungen, bis die gewünschte Ausrichtung der Peilskala erfolgt ist. Die anschließende Rückführung in seine Mittelstellung ermöglicht, wie früher bereits gezeigt wurde, die aktive Arbeitsweise des Systems. Vorzugsweise ist deshalb für den Nachführ/UP-DOWN-Schalter 26 ein Kippschalter geeignet, der eine rastende Mittelstellung und 2 nichtrastende Stellungen für »UP« und »DOWN« besitzt.

Eine direkte Digitaldarstellung des Schiffskurses ermöglichen die Kursanzeige-Einheit 17 und die Digitalanzeigen 214, dargestellt in Fig. 11. Während die UP-impulse als Ausgangssignale des NAND-Gatters 151 zum Zähleingang des Zählers 203 gelangen, werden die Ausgangsimpulse des NAND-Gatters 152 als DOWN-Impulse zum Zähleingang des Zählers 204 geführt Beide Zähler besitzen je 2 Ausgänge. Während der obere Ausgang für je drei eintreffende Zählimpulse einen Ausgangsimpuls bzw. ein Rechtecksignal abgibt, liefert der untere Ausgang nur einen Ausgangsimpuls nach dem Eintreffen von sechs Zählimpulsen. Der gewählte Ausgang liefert daher pro Grad Kursänderung des Schiffes eine Rechteckimpuls-Periode. Die beiden Zähleingänge des Dekadenzählers 208 für Auf- bzw. Abwärtszählen sind mit den Ausgängen der beiden Zähler 203 und 204 verbunden. Als Ausgangssignal gibt der Dekadenzähler 208 gleichzeitig je einen Satz von Steuersignalen für eine Einer-, eine Zehner- und eine Hunderterstelle ab. Für jeden an den beiden Zähleingängen ankommenden Impuls verändert der Dekadenzähler 208 seinen Zählerstand um den Wert 1.

Die drei Ausgangssignalgruppen des Dekadenzählers 208 werden im Dekodierer/Treiber 212 geeignet umgeformt Die Digitalanzeigen 214 können aus einer Anordnung von Leuchtdioden, gasgefüllten Anzeigeröhren oder jeder anderen gewünschten Einheit mit digitaler Darstellungsform bestehen. Ebenso kann der Ausgang des Dekadenzählers 208 in Verbindung mit zeichenerzeugenden Einheiten wie Symbol- oder Zifferngeneratoren verwendet werden, um eine digitale Anzeige des

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dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre vorzunehmen.

»359«-Dekodierer 206 und »O00«-Dekodierer 210 verändern den modulo-1000 Dekadetizähler 208 zu einem moduIo-360-Zähler. Erreicht der Zählerstand des Dekadenzählers 208 den Wert 359, so gibt der »359«-Dekodierer 206 eine logische »1« an das AND-Gatter 205. Der nächste, aufwärtszählende Eingangsimpuls erreicht über das AND-Gatter 205 die Rücksetz-Einheit 209. Sie bewirkt durch einen Ladeimpuls für jede Dekade im Dekadenzähler 208 eine Änderung des Zählerstandes auf den Wert 000. Befinden sich die Ausgänge des Dekadenzählers 208 im 000 Zustand, so steuert der »O00«-Dekodierer 210 das AND-Gatter 207 mit einer logischen »1« an. Der nächste Zählimpuls vom Zähler 204 gelangt deshalb zur Rücksetz-Einheit 209 und bewirkt ein Laden des Dekadenzählers 208 mit dem Wert 359.

In Fig. 12 ist das Blockschaltbild einer Radaranlage dargestellt, in der die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendet wird. Die Radarantenne 301 ist drehbar mit der Antennenachse 303 verbunden. Die Drehbewegung des Motors 304 wird über die Kegelränder 306 auf die Radarantennenachse 303 übertragen.

Ebenso ist die Rotorwicklung 314 des Geberresolvers

ίο 311 mit der Welle der Radarantenne 303 verbunden. Die Rotorwicklung 314 dreht sich innerhalb der Statorwicklungen 316 und 318, deren magnetische Achsen gegeneinander um 90° versetzt sind. Fällt die magnetische Achse der Rotorwicklung 314 mit der einer der beiden Statorwicklungen zusammen, besteht zwischen beiden maximale Kopplung; die Kopplung zur zweiten 90° -versetzten Statorwicklung hat dabei den Wert Null. Dreht sich die Radarantenne mit konstanter Drehzahl, so ändern sich die Kopplungen zwischen der Rotorwicklung 314 und den Statorwicklungen 316 und 318 nach Sinusfunktionen. Der Rechteckgenerator 310 speist die Rotorwicklung 314, so daß durch sie ein Strom mit rechteckförmiger Zeitabhängigkeit fließt Die daher in den Statorwicklungen 316 und 318 induzierten Spannungen besitzen ebenfalls rechteckförmige Zeitabhängigkeit Ihre Amplituden ändern sich auf Grund der Kopplung sinusförmig. Zwischen beiden Amplitudenhüllkurven besteht eine Phasenverschiebung von 90°.
Die Statorwicklungen 316 und 318 des Geberresolvers 311 sind mit den Statorwicklungen 322 und 324 des Empfängerresolvers 320 verbunden. Dieser besitzt zwei Rotorwicklungen 326 und 328, die drehbar und um 90° gegeneinander versetzt innerhalb der Statorwicklungen angeordnet sind. Die Wickelstellung der Rotorwicklungen 326 und 328 gegenüber den Statorwicklungen 322 und 324 bestimmt die Größe der Kopplung zwischen jeder Stator- und Rotorwicklung. Die Phase der Modulationhüllkurve der in jeder Rotorwicklung 326 und 328 induzierten Spannung ist direkt proportional ihrer Winkelstellung. Da die azimutale Lage der Radarinformationen, die auf der Kathodenstrahlröhre 346 dargestellt werden, abhängig ist von der Phasenlage der Ausgangssignale der beiden Rotorwicklungen 326 und 328, kann das dargestellte Radarbild durch eine Änderung der Winkelstellung der Rotorwicklungen 326 und 328 gezielt gedreht werden. Dies wird ermöglicht durch eine mechanische Verbindung zwischen den Rotorwicklungen und der Antriebsachse 22 des Schrittmotors 21. Auf diese Weise bewirkt eine Drehung der Antriebsachse 22, wie sie bei einer Kursänderung des Schiffes gemäß der Erfindung auftritt, eine Änderung der Winkelstellung der Rotorwicklungen 326 und 328. Dadurch bleibt unabhängig vom Kurs des Schiffes das auf der Kathodenstrahlröhre 346 dargestellte Radarbild in seiner Lage unverändert wobei vorzugsweise die Nord-Süd-Richtung mit dem senkrechten Durchmesser des Schirmes zur Deckung gebracht wird. Ebenso können jedoch die Rotorwicklungen 326 und 328 von der Antriebswelle 22 entkoppelt und in eine feste Winkelstellung gebracht werden. Das dargestellte Radarbild dreht sich nun gemäß den Kursänderungen des Schiffes um seinen Mittelpunkt

Die Rotorwicklungen 326 und 328 sind mit den X- und y-SAMPLE/HOLD-Schaltungen 330 und 332 verbunden, die die Ausgangsspannungen der Rotorwicklungen kontinuierlich abtasten und den jeweils abgetasteten Spannungswert bis zum nächsten Abtastzeitpunkt an ihren Ausgängen speichern.

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Die X- und y-Ablenkgeneratoren 334 und 336 erzeugen zur Ablenkung des Strahl der Kathodenstrahlröhre 346 sägezannförmige X- und V-Ablenkspannungen. Ihre Amplituden sind polaritätsgleich und jeweils direkt proportional den Amplituden der Eingangssignale, die vcn den SAMPLE/HOLD-Schaltungen 330 und 332 geliefert werden. Bei jedem Sendeimpuls des Radargerätes startet ein Triggerimpuls, der von der Radar-Sende/ Empfangs-Einheit 302 abgegeben wird, die Ablenkgeneratoren. Die Ablenkspannungen werden nach geeigneter Verstärkung in den X- und Y-Ablenkverstärkern 340 und 342 den X- und K-Ablenkspulen 339 und 343 zugeführt, die durch ihre Magnetfelder die Ablenkung des Strahls der Kathodenstrahlröhre 346 bewirken.

Die von der Radar-Sende/Empfangs-Einheit 302 empfangenen und demodulierten Radarechos, die im Videoverstärker 350 geeignet verstärkt werden, bewirken über die entsprechende Elektrode der Kathodenstrahlröhre 346 eine Helligkeitsmodulation des Strahls.

Der Zeichengenerator 352 kann in einer der möglichen Arten aufgebaut sein, wie sie auf dein gegenwärtigen Stand der Technik von Anzeigesystemen bekannt sind. Wie in F i g. 12 gezeigt, erhält er an seinem Eingang vom adaptiven, kompaSgesteuerten System 10 eine digital dargestellte Zahl und erzeugt zugehörig ein Videosignal in Verbindung mit entsprechenden Signalen für die Ablenkung in X- und V-Richtung. Der Kurs des Schiffes kann so in digitaler Form durch entsprechende Ablenkung und Hellsteuerung des Strahls der Kathodenstrahlröhre 346 auf deren Bildschirm dargestellt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

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Claims

27 OO 353 1 2 Nachführimpulse oder die aus den Ausgangssigna-Patentansprüche: len des Kreiselkompasses abgeleiteten Impulsfolgen (UP, DOWN) mit der genannten Zähleinrichtung

1. Richtungsgebersystem (10), insbesondere für (160) verbindbar sind.
Radaranlagen, welches mehrphasige, vorbestimmte 5

Phasenbeziehung aufweisende Schrittgeber-Aus-

gangssignale eines Kreiselkompasses mittels einer
Umformerschaltung (16) in Folgen nacheinander

auftretender Impulse umformt, wobei eine bestimm- Die Erfindung betrifft ein Richtungsgebcrsystcm der

te Impulsfolge auftritt, wenn die Kompaß-Aus- io im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 bcschricbe-

gangssignale einer Richtungsänderung in der einen nen Art

Richtung entsprechen und eine zweite Impulsfolge Ein Richtungsgebersystem mit diesen Merkmalen isi auftritt, wenn die Kompaß-Ausgangssignale einer beispielsweise in der US-PS 39 21 305 beschrieben.
Richtungsänderung in der anderen Richtung ent- Üblicherweise arbeiten Schiffsradarsysteme in Versprechen, dadurch gekennzeichnet, daß 15 bindung mit einem Kreiselkompaß, der Steuerkursinforder Umformerschaltung (IS) anstelle der Schrittge- mation an das Radargerät liefert Bei dem in der geber-Ausgangssignale wahlweise die Ausgangssigna- nannten US-PS beschriebenen System sind die Aus-Ie eines Synchro-Signaldetektors (12) zuführbar sind, gangssignale des Kreiselkompasses Schrittgebersignale, welchem eingangsseitig mehrphasige analoge Dreh- die mit Hilfe einer kodierten Lochscheibe auf photomelder-Ausgangssignale eines Kreiselkompasses 20 elektrischem Wege gewonnen werden. Dabei handelt es zuführbar sind. sich um zeitlich einander überlappende mehrphasige di-

2. Richtungsgebersystem nach Anspruch 1, da- gitale Signale, von denen Impulsfolgen abgeleitet werdurch gekennzeichnet, daß die Umformerschaltung den, die den unterschiedlichen Drehrichtungen des (16) die ihr wahlweise zuführbaren Signale (F i g. 5 Kreiselkompasses entsprechen.

bzw. F i g. 7) in Impulsfolgen umformt, die in Abhän- 25 Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes

gigkeit von der Drehrichtung des Kreiselkompasses Richtungsgebersystem derart auszubilden, daß es in

an einem von zwei Ausgängen auftreten, und daß Verbindung mit unterschiedlichen Kompaßsystemen,

diese Impulsfolgen einer Zähleinrichtung (160) zu- also sowohl solchen, die Schrittgeber-Ausgangssignale

führbar sind, welche durch sie in Aufwärtsrichtung liefern, als auch solchen, die einen Synchrogeber bein-

(up) bzw. in Abwärtsrichtung (down) fortschaltbar 30 halten, verwendbar ist.

ist Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen

3. Richtungsgebersystem nach Anspruch 1, da- Richtungsgebersystem durch die kennzeichnenden durch gekennzeichnet, daß die dem Synchro-Signal- Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

detektor (12) eingangsseitig zuführbaren Ausgangs- Der erfindungsgemäß vorgesehene Synchro-Signal-

signale des Kreiselkompasses über Mittel (108—111) 35 detektor formt die von einem mit Synchrogeber ausge-

zur galvanischen Trennung mit den nachfolgenden statteten Kreiselkompaß abgegebenen Richtungsinfor-

Schaltungsteilen gekoppelt sind. mationen in digitale Signale um, die in bestimmter Pha-

4. Richtungsgebersystem nach Anspruch 3, da- senbeziehung zueinander stehen und einander zeitlich durch gekennzeichnet, daß die Mittel (108— 111) zur überlappen, die also im wesentlichen denjenigen Signagalvanischen Trennung Optokoppler sind. 40 len ähnlich sind, die ein Kreiselkompaß mit Schrittgeber

5. Richtungsgebersystem nach einem der Ansprü- liefert, so daß ihre Weiterverarbeitung ähnlich erfolgen ehe, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Aus- kann wie bei diesen.

gangssignalen des Kreiselkompasses ein Zeitrefe- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen

renzsignal (mittels 125) ableitbar ist. der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf

6. Richtungsgebersystem nach Anspruch 5, da- 45 die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrückdurch gekennzeichnet, daß das Zeitreferenzsignal lieh verwiesen wird.

aus den Signalzustandsänderungen des Ausgangssi- So ist es beispielsweise vorteilhaft, Optokoppler vor-

gnals des Kreiselkompasses abgeleitet ist. zusehen, mittels derer die Ausgangssignale des Kreisel-

7. Richtungsgebersystem nach einem der Ansprü- kompasses gegenüber der Systemschaltung galvanisch ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformer- 50 getrennt werden. Eine solche galvanische Trennung, die schaltung (16) eine Vergleichseinrichtung (124—127, in einschlägigem Zusammenhang durch die US- 128) aufweist, mittels derer ein aktueller Zustands- PS 39 14 759 an sich bekannt ist, ermöglicht die Verarwert des Ausgangssignals des Kreiselkompasses mit beitung verschiedenartiger Kompaßausgangssignale, dem zeitlich unmittelbar vorangehenden Zustands- ohne daß hierzu eine wesentliche Umgestaltung der wert vergleichbar ist. 55 Schaltung erforderlich ist.

8. Richtungsgebersystem nach Anspruch 6, da- Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung durch gekennzeichnet, daß die Signalzustandsände- näher erläutert:

rung durch monostabile Kippstufen (120) bestimm- Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des adaptiven, kom-

barist. paßgesteuerten Systems;

9. Richtungsgebersystem nach einem der Ansprü- 60 Fig. 2, 3 und 4 zeigen Teilschaltpläne des in Fig. 1 ehe, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung dargestellten Systems;

(14) zur Erzeugung von Nachführimpulsen vorgese- Fig. 5, 6, 7 und 8 geben Spannungsverläufe wieder,

hen ist, durch die die Peilskala des Systems unabhän- die für das Verständnis der Funktion der Erfindung

gig von den Ausgangssignalen des Kreiselkompas- nützlich sind;

ses einstellbar ist. 65 F i g. 9 stellt den prinzipiellen Aufbau eines Synchro-

10. Richtungsgebersystem nach Anspruch 9, da- gebers eines Kreiselkompasses dar;

durch gekennzeichnet, daß ein Wählschalter (26) Fig. 10gibt den prinzipiellen Aufbau eines Schrittgc-

vorgcsehen ist, durch den wahlweise entweder die bcrs eines Kreiselkompasses nach dem Schrittmotor-