DE2713791A1 - Miniatur-nordbezugsgeraet - Google Patents

Description

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lhrZakhm Ihra NadtrMlt Unwr Zeichen Tag 21. MärZ 1977 W/He

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L/p 8855

LITTON INDUSTRIES, INCc, 360 North Crescent Drive, Beverly Hills, . California 90210, USA

Miniatur-Nordbezuqsqerät

Die Erfindung bezieht sich auf Besugsgeräte für die echte Nordrichtung, vorzugsweise selbsteinregelnde Kreiselgeräte.

In der Technik sind zahlreiche Arten von nordsuchenden Kreiselkompassen bekannt. Eine Art eines nordsuchenden Kreiselkompasses ist ein pendelartiger Kreisel, dessen Spinachse horizontal orientiert ist. Diese Art von Kreisel führt unter dem Einfluß der Erddrehung eine Präzessionsbewegung aus, damit die Spinachse nach der echten Nordrichtung ausgerichtet wird. Bei einer solchen Einrichtung kann der Kreisel um einen Nord-Süd-Meridian nach vorwärts und rückwärts schwingen. Die Präzision, mit der die echte Nordrichtung aus einem solchen Gerät erzielt werden kann, ist jedoch durch Fehlerdrehmomente begrenzt, z.B. die Reibung bei der Aufhängung des Kreisels,, die dem Kreise ein Drehmoment um die vertikale Achse aufgeben und den Kreisel von der Nordrichtung weghalten. Die Gröfte dieser Drehmomente kann nicht einfach bestimmt werden und wird in vielen Fällen einfach als konstant angenommen. Da hierbei die Schwingungen um die echte Nordrichtung eingeprägt sind, ist die minimale Zeitdauer, während der eine

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Anzeige der echten Nordrichtung erzielt werden kann, auf die Periode wenigstens einer Schwingung begrenzt. Die Dauer dieser Periode hängt auch von der anfänglichen Fehlausrichtung der Spinachse in bezug auf die Nordrichtung ab.

Eine weitere Art von nordsuchendem Kreiselkompaßsystem ist in US-PS 3o222.795 beschrieben. Eine derartige Einrichtung weist eine Trägheitsplattform mit drei Kreiseln auf. Die Plattform ist auf die lokale horizontale Orientierung durch Montage-Servomechanismen gezwungen. Auch muß die empfindliche Achse eines der

von

Kreisel zu Beginn in einer Richtung etwa Ost nach West durch Verwendung eines Kompasses oder dergl. ausgerichtet sein. Die Forderung nach einer Trägheitsplattform, die mit Kreiseln und Servomechanismen sowie zugeordneter Elektronik ausgerüstet ist, und auch die Forderung nach einem externen Kompaß würde wesentlich zu den Kosten und zur Größe dieser Einrichtung beitragen.

Der Kreiselkomaß nach vorliegender Erfindung soll diese und andere Schwierigkeiten bekannter Einrichtungen überwinden.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Gerät zum Erzeugen eines Signales, aus welchem die echte Nordrichtung bestimmt werden kann, vorgeschlagen, eine Vorrichtung zum Peststellen der Geschwindigkeit der Winkelbewegung der Erde um eine Empfindlichkeitsachse und zur Erzeugung eines der Erdgeschwindigkeit entsprechenden Ausgangssignales, eine Vorrichtung zur Halterung der Abfühlvorrichtung am Rahmen des Gerätes mit einer Empfindlichkeitsachse der Abfühlvorrichtung, die in einer horizontalen ersten Richtung orientiert ist, wobei die Haltevorrichtung Mittel zum Isolieren der AbfühlVorrichtung gegenüber geringen Drehungen um eine horizontale Achse des Rahmens in bezug auf die Erdoberfläche aufweist, und eine Vorrichtung zur Erzielung einer horizontalen Bezugsrichtung in bezug auf die Richtung der Empfindlichkeitsachse der Abfüllvorrichtung vorzusehen»

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wird

Des weiteren mit vorliegender Erfindung ein Verfahren zur bestimmung der echten Nordrichtung vorgeschlagen, das darin besteht, daß das Gehäuse eines Kreisels mit einer vertikalen Spinachse gegen Verdrehen um die Vertikale gefesselt und der Kreisel gegen geringe Verdrehungen um eine horizontale Achse isoliert wird, daß der Kreisel um eine horizontale erste Empfindlichkeitsachse, die in einer horizontalen ersten Richtung verläuft, mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, um einer Winkelverschiebung eines gehäusebezogenen Abgriffes um die Empfindlichkeitsachse, die in der ersten Richtung verläuft, entgegenzuwirken, wobei die WinkelverscHebung sonst eine Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um die erste Achse ergeben würde, daß der Kreisel um eine horizontale zweite Empfindlichkeitsachse, die in einer horizontalen zweiten Richtung verläuft, mit Drehmoment beaufschlagt wird, um einer Winkelverschiebung eines gehäusebezogenen Abgriffes um die zweite Empfindlichkeitsachse entgegenzuwirken, wobei die Winkelverschiebung eine Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde ergibt, und wobei die zweite Richtung von der ersten Richtung um einen bekannten Winkel abweicht, und daß de erste Nordrichtung in bezug auf die erste Richtung einer Empfindlichkeitsachse automatisch aus einer VerhältnisSunktion der Drehmomente berechnet wird, die erforderlich sind, um Drehmomenten aufgrund der Drehgeschwindigkeit der Erde um die erste und die zweite Empfindlichkeifcsachse entgegenzuwirken.

Mit vorliegender Erfindung v/ird somit ein Kreisel vorgeschlagen, der auf einer schwebenden Anordnung in einem Strap-Down-Betrieb betrieben wird. Die schwebende Anordnung ist frei um eine horizontale Achse schwenkbar, ist jedoch gegenüber Verdrehen um die lokale vertikale Achse gehinderte Der Kreisel ist auf der schwebenden Anordnung befestigt, wobei seine Spinachse in etwa vertikaler Richtung orientiert ist. Die zwangsweise Festlegung der schwebenden Anordnung im Azimuth gewährleistet einen exakten Azimuthbezug zwischen dem Kreisel und dem Gehäuse, in welchem er schwebt. Die Drehfreiheit um eine horizontale Achse gewährleistet, daß die Kreisel-Spinachse etwa vertikal bleiben kann und daß keine unerwünschten Raten um eine horizontale Achse auf df:n Kreisel übertragen werden. 7098A0/O997

-A-

Der Winkel zwischen einer Azimuth-Bezugslinie des Kreisels und der echten Nordrichtung wird durch Messen der Größe des Drehmomentes erzielt, das erforderlich ist, um der Präzession des Kreisels um eine horizontale Empfindlicheitsachse entgegenzuwirken, die wegen der horizontalen Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde auftreten würde. Dieses Gegendrehmoment wird zweimal gemessen, wobei die horizontale Empf indlichJceitsachse des Kreisels in zwei unterschiedlichen Richtungen um die lokale vertikale Achse orientiert ist, die sich um einen bekannten Winkel voneinander unterscheiden. Vorzugsweise ist der Kreisel ein Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, mit aufeinander senkrecht stehenden horizontalen Empfindlicheitsachsen, und die Messungen von Gegendrehmomenten werden gleichzeitig vorgenommen.

Ein Kreisel, der auf einer schwebenden Halterung befestigt ist, welche so gefesselt ist, daß eine Drehung im Azimuth verhindert wird, wird von den Winkeleingangsgeschwindigkeiten um horizontale Achsen entkoppelt, denen das Gehäuse des Kreiselkompasses unterliegen kann, wenn es von einem Dreifuß oder einer anderen tragbaren Basis aus betrieben wird. Befestigt man den Kreisel auf einer schwebenden Anordnung, die konform mit der Oberfläche eines Flotationsmittels ist, ergibt sich auch eine maximale Empfindlichkeit der beiden zueinander senkrecht stehenden Empfindlichkeitsachsen gegenüber der horizontalen Komponente der Erdgeschwindigkeit, weil die schwebende Anordnung die Spinachse des Kreisels parallel zu dem lokalen Schwerkraftvektor hält. Somit ist eine einwandfreie Leistung des Kreiselkompasses gewährleistet, selbsb wenn das Gehäuse des Kreiselkompasses um mehrere Grade falsch nivelliert wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens v/ird das Gegendrehmoment, das zur Verhinderung einer Präzession erforderlich ist, über eine Zeiteinheitsperiode aufgegeben, wobei die Empfindlichkeitsachsen des Kreisels in zwei beliebigen, zueinander senkrechten Richtungen orientiert sind. Dann ist die

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Azimuthorientierung derschwebenden Anordnung in bezug auf das Gehäuse genau um 180 versetzt. Dann werden die zweiten Messungen der Gegendrehmomente um die beiden Empfindlichkeitsachsen durchgeführt. Durch Messen der Komponenten der horizontalen Erdgeschwindigkeit in einer ersten Orientierung und unmittelbar daran in einer um 180 zur ersten Orientierung verschobenen Orientierung können die Messungen zur Auflösung nach dem Winkel zwischen der Richtung einer Empfindlichkeitsachse des Kreisels und der echten Nordrichtung kombiniert werden. Das Kombinieren der Messungen in den beiden Orientierungen verdoppelt effektiv die gemessenen Komponenten der horizontalen Erdgeschwindigkeit und hebt korrelierte Störungen, die auf den Kreisel einwirken, auf, z.B„ Abgleichdriften und Nicht-Senkrecht-Stehen der Kreiselachsen in bezug auf den Schwerkraftvektor. Da die Fehler aufgehoben werden, kann ein Kreisel mit einer Kurzzeitstabilität verwendet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2 und ? Vektordiagramme, die die Beziehung zwischen physikalischen Größen, v/elche mit dem Kreiselkompaß gemessen werden, und der Bezugsorientierung des Kreiselkompasses darstellen,

Fig. 4· eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Sensoranordnung,

Fig. 5 und 6 teilweise herausgeschnitten Detailansichten, die bestimmte Merkmale des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4 zeigen,

Fio 7 eine Aufsicht auf eine abgeänderte Schwebeanordnung, die in der Ausführungsform nach Fig. 4 verwendet werden kann,

Fig. 8 eir. Funktionsblockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform des Kreisels mit Rechnerschaltung, und

Fig. 9, 10 und 11 Vektordiagramme, die mögliche Fehlorientierungen der Bezugsa3h.«en der Sensoranordnung darstellen.

Fig. 1 zeigt das Problem, das mit einer Einrichtung nach der Erfindung gelöst werden soll. Es soll der Azimuth des Punktes P gemessen vom Punkt A in bezug auf die echte Nordrichtung festgestellt werden. Die Achse 01 ist die echte Nordrichtung vom Punkt A. Die Achse +Y ist eine Bezugsrichtung in der horizontalen Ebene, die durch den Kreiselkompaß aufgebaut wird. Die Achse +Y kann in einer beliebigen horizontalen Richtung verlaufen. Der Winkel ist der Winkel zwischen der Achse +Y und der echten Nordrichtung und wird durch die Einrichtung gemessen. Die Richtungslinie AP ist die Betrachtungsrichtung von Punkt A nach Punkt P. Der Winkel ß ist der Winkel zwischen der Achse Y und der Richtungslinie AP. Der Winkel ß kann durch eine externe Vorrichtung, z.B. einen Theodoliten gemessen werden. Der Winkel G ist der Peilwinkel oder

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Azimuthwinkel des Punktes P gemessen vom Punkt A in bezug auf die echte Nordrichtung. Es gilt:

0_p - β + «χ. (ι)

Der Winkel wird durch Messen einer horizontalen Komponente der Winkelgeschwindigkeit der Erddrehung an der Stelle A um die Empfindlichkeitssachse einer Winkelgeschwindigkeitsabfühlvonichtung erhalten. Die Winkelgeschwindigkeitsabfühlvorrichtung ist vorzugsweise ein Kreisel, der gezwungen ist, eine Drehung der Empfindlichkeitsachse um die örtliche Vertikale zu verhindern. Insbesondere ergbt sich die Winkelgeschwindigkeit der Erddrehung um ihre Achse, die ein Vektor ist, der in Richtung der Achse der Erde vom Nordpol verläuft, eindeutig bei jeder Linie der geographischen Breite der Erdoberfläche. Der Erdgeschwindigkeitsvektor an einer beliebigen Stelle der Erde kann in eine horizontale und in eine vertikale Komponente auSjelöst werden. Die Größe der horizontalen Komponente des Erdgeschwindigkeitsvektors ändert sich vom Äquator zu jedem der Pole als eine Sekantenfunktion der geographischen Breite. Die horizontale Komponente des Erdgeschwindigkeitsvektors wird gemäß vorliegender Erfindung gemessen, um die Richtung der Achse I in bezug auf die echte Nordrichtung zu bestimmen. Die horizontale Komponente des Erdgeschwindigkeitsvektors wird in einer Richtung der echten Nordrichtung orientiert. Die Komponenten der horizontalen Erdgeschwindigkeit werden längs zweier zueinander rechtwinkelig stehender Achsen gemessen. Der Winkel zwischen einer dieser Achsen und der Nordrichtung, d.h. die Richtung des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors, wird aus diesen Komponenten erhalten. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß diese Komponenten die Seiten eines rechtwinkeligen Dreiecks darstellen, wobei die horizontale Komponente der Erdgeschwindigkeit die Hypotenuse ist. Der Winkel zwischen einer der gemessenen Komponenten und der Nordrichtung kann aus dem arc-tangens oder dem arc cotangens erhalten werden.

Die Komponenten des horizontalen Vektors der Erdgeschwindigkeit können entweder gleichzeitig oder nacheinander gemessen werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Komponenten

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Al

■_:1 eich::, ei ti ^^- gemessen, indem die Größe des Drehmomentes gemessen wird, :lüs erforderlich ist. um eine Jinkelverschiebung eines Kreisels mit zv;ei FreiLeits^raden ura seine horizontal orientierten, zueinander rechtwinkelig verlaufenden Empfindlichkeitsachsen zu verhindern. V/enn der Einfluß der Erd_oeschwindickeit nicht ruf gehoben wird, führt dei· Kreisel eine jrräzessionsbev;e27an^; um seine j^mofindlichkeitsaohsen aus. Ls ^ibt; jedoch auch andere liöglichktiits:!, die komponenten des horizontalen ioxlgeschv/indigkeitsvektors zu messen, die nicht die Verwendung eines eine SrinbeweäUng ausführenden Kreisels erforderlich m-ichpn, die aber im Kahmen vorliegender Lrfinduns Herren. Kinine solcher anderer Vorrichtungen werden weiter unten erläutert.

Drückt rann diese Prinzipien in Form von Gleichungen aus, ergibt sich:

= ^JLTj COnoC

Li) -Jl ττ
X H

J7 T.sin oc Jl _Τΐ cosoc

sin

II

C uii oc =

CO y

"er::

co -,

OC= arc tan

LO γ

wobei Ji- = die hox'izontale Komponente der ürd^eschwindigkeit, o<- = der v.inkel zwischen der echten iiordrichtung und der

tiezu'-sRchn" (Y),

CO,, La -- die Geschwindigkeit eier V/inkelverschiebung um die

^{Λ J} s

A - und "ϊ-Achsen, gemesen durch eine Winkels keits- oder ./inkelverschiebungsabfühlvorrichtung; andererseits gilt

COVots =

= arc

60 „

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(6)

ORIGINAL /NSPECTEÖ

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch zur Bestimmung der geographischen Breite eines Punktes auf der Erdoberfläche verwendet werden. Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich

. = —2.— = —^S-H coscA. sine*.

wobei aus der Gleichung (5) erhalten wird

(7)

Um zu vermeiden, daß eine Division durch einen Ausdruck, der sich dem Wert Null nähert, zu vermeiden, kann der horizontale Erdgeschwindigkeitsvektor ausgedrückt werden als:

, wobei ot > 45°

Die geographische Breite eines Punktes auf der Erdoberfläche hat die folgende Beziehung zum Erdgeschwindigkeitsvektor und su seiner horizontalen Komponente:

ca)

H cos λ

wobei -Ω. = der Erdgeschwindi_ukeitsvektor, υ die horizontale Komponente von -Π.. λ = die geographische Breite des Punktes A auf der Erdoberfläche.

cos λ = -**—' oder cos A =

^x/sincx.

« _?rc cos I I (9)

Die Gleichungen (ί?) und (6) beziehen sich auf spezielle Fälle, bei denen die X-und Y- Empfindlichkeitsachsen zueinander senkrecht stehen. Das Prinzip vorliegender Erfindung ist jedoch in gleicher v/eise auf den Fall anwendbar, bei dem Messungen von Komponenten des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors um zwei Empfindlichkeit Sachsen durchgeführt werden, die nicht senkrecht aufeinander

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- yt> -

stehen, sondern die sich voneinander in ihrer Richtung um einen bekannten Winkel in einer horizontalen Ebene unterscheiden. Fig. zeigt diesen allgemeineren Fall. In Fig. 3 ist der Winkel oc der Winkel zwischen der echten Nordrichtung und der Y-Empfindlichkeitsachse. Die Ableitung des Winkels«*- von zwei horizontalen Komponenten des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors, ü und CJ ist in

χ y

den nachstehenden Gleichungen (10) bis (15) angegeben.

(ίο; (ii)

(12) sin^

cosoi

+ sin^ tan ot (14)

ω - cosy

In Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Sensoranordnung 8 dargestelltο Ein äußerer Rahmen 10 nimmt ein drehbares inneres Gehäuse IZ auf Kugellagern 14 auf. Des innere Gehäuse IP ist um wenigstens IGO⁰ über ein Daumenrad 16 drehbar. Dos innere Gehäuse 12 ist eine abgedichtete Einheit, die vorzugsweise hermetisch abgedichtet ist.

iJir, toroidförraiger Schwimmer IC ist innerhalb des innerer. Gehäuses 1.1 schwebend, von einer Flüssigkeit ίίΟ getragen. Die Flüssigkeit 20 kann Wasser, Quecksilber oder eine andere Flüssigkeit, bzw. ein strömendes Iledium sein. Ein Überbrückungselement oder eir Deckel '?.?

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ist rait der Oberseite des Schwimmers Io befestigt 'inrl nimmt eine V/inkelireschv/iudigkeitsabfiihlvorrichtun^ 7^l1 nuf. Der Durchmesser des Schwimmers Io ist so jew^hlt, daß ein entsprechend^ li'icksbellmoment oder Schweben in einem rrasjfiwühlter. st^'u^"-;' den Kediuir, erzielt v;ird.

Der V/inkelgeschviindiüjkeitssensor 2^ is υ vorzugsweise ο in Kreis.:! mit einem rotierenden Trägheitsrad, es können jedoch nach andere Arten von Winkelgeschv/indigkeitsabfiihl vorrichtungen verwendet wer den, z.B.ein .!injlaserkreisel oder ein nacleaier, mr.jr. ubischer Resonanzkreisel, wie er beispielsweisedö* ".'5-FS ei. ' 4 . 5^;->P> und 3.105.62ο zu entnehmen ist. üin Kreisel wird bevor^u.yt, \/ril er der kleinste, im Augenblick zur Verfügung stehende Winkelgeschwin digkeit ssensor ist und die gewünschten LeiRtungseigenschaften hat.

Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der die 'Winkelgeschwin digkeit sabfühl vorrichtung ?J\ ein Kreisel ist, ist der Kreisel mit seiner Spin-Achse ii5 in einer vertikaler Iiichl-ur.»j orientiert. Kle Uinkelverschiebungen des inneren Gehäuses L^ lind des 'alleren IC um eine horizontale Achse stören dit ^iohhun^; der onin-Ac nicht. Das Strömungsmittel hat weiterhin eine hori.soirlnle V flache, dris UberbrückaiJ.gselenient 2'd kaniL ii civ.ei¹ hör i^r"jL;.y.Lt"i Orientierung gehalten werden, und die ü:")in-.-vch:;o Z;< ies ivreisel die in einem konstTrten rechten '.JiriVel ir ]^:.j.\i_L cui¹ .ia ■ .ilerr;iit orientiert ist. verläuft weiterhin i:i uitL^r v.jrt i ':·<1ογ ,,icuü inj;

Ver

Dor Κχ-eisel weist; eiren ^.ugriif (nicht i ;j;-jjöi.eIi■;) O^r-.v '.ihk geschwindigkeit Ε,·η oder Winkelabvjeichangen un: tine Knpfi^.^lichi:?!!: achse 27 abfühlt, und einen weiteren Aü^i-irf ',rieht uhi jestellL ^ der Winkelgeschv/indirkeiten oder 'Jirkelv :ijcriieb:iii;cn nr> o.lr ~ Empfindlichkeit S-J clise 29 abfühlt, aal. Die Achyon ^lL . " αι<... ^ sind rechtwinkelig zueinander angeordnet. Der ''...·ei.-^l ücsitzt ferner einen ersten und einen zweiten DrehiLüi-itritgeiH).¹ C^richt dargestellt), um dem Kreisel um die 'Jimpfindlichkeits^achs ^l .'.:'. unci / eine Pr'iaesionsbewegung τ,η erbeilen. Jeder Abgriff uiri verwendet um eine Winkel verschiebung des Trägheit srades in bezug aaf d'5S

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BAD ORIGINAL

Gehäuse des Kreisels zu überwachen und ein elektrisches Signal proportional dieser Verschiebung zu erzeugen. Ein Abgriff wandelt eine mechanische I*iewe^r_7un;j innerhalb des Kreisels in ei:; elektrischer Signal mit entsprechender Empfindlichkeit uri^gadaß eine zugeordnete Schaltung betrieben v/erde" kann ,und besitzt ein ausreichend crones Auf lösurwjs vermögen, um sehr gerinne Verschiebun^swerte und eine elektrische ITullposition, die klar definiert ist und wiederholbar ist, anzuzeigen. Die funktion eines jeden Drehmoraent^ebers besteht, darin, ein mechanisches Drehmoment &\x erreugen, das proportional einem elektrischen üir;nal ist. Dieses Drehmoment wird zur Positionierung der Spin-Achse des Kreisels verwendet. Eine konstante orientierung des Kreisels wird dadurch aufrechterhalten, daß de:.: Kreisel ein Drehmoment aufgegeben wird, das das entsprechende Abgriff signal auf riull bringt. Dieser Gesichtspunkt der Arbeitsweise eines Kreiselkompasses ist weiter unten im einzelnen erläutert.

Elektrische Verbindungen zur l/inkelgesohwindigkeitsabf ühlvorrichtung P4 v/erden über einen Leiter 'j'A hergestellt.

Eine Membran 36 ist zwischen dem Überbrückungselement ^ ^u^d der Innenwand des inneren Gehäuses Ii eingesetzt, um zn verhindern. daß die l/inkel^eschv/indickeitsabfühlvorrichtunc i'A um ihre vertikale iichse gedreht wird. Somit kann die Vinkel^oschwindigkeitsubfühlvorrichtun^;; sich über kleine i/inkel um eine horizont- Ie Achse drehen, sie ist jedoch an einer D^ehunr; uir, die vertikale Achse gehindert.

Ein Spiegel ^r" ist in der dargestellten Weise angeordnet und erraöc-.liüht die Erzielung einer horizontalen Bezugsrichtun'j,: in bezaj auf die Kichtun ■ ^iner der Empiindlichkeicsachsen 27 oder ?"'. In J¹I^;. 4 steht die Empfindlichkeitsachse 2? rechtwinkelig z.u:' oberl'läche des Spiegels ~_',o. ήηΐ diese Teise knnn in bezutj auf die tümpfindlichkeitsnchse ?.'? eine ^ozu^srichtun^ du:;ch Verweudunc einer externen optischen Vorrichtung mit Hilfe der Autokollimations- oder Autoreflexionsteciinik erzielt werden. Zur Automkollimation projiziert ein externer Theodolit (nicht dargestellt) eii.en

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BAD ORIGINAL

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Lichtstrahl auf den Spiegel. Der Theodolit ist so positioniert, daß der reflektierte Lichtstrahl auf dem Fadenkreuz des Theodoliten beobachtet wird. Auf diese Weise ergibt die Richtung der Empfindlichkeitsachse 27 einen Bezugsazimuthwinkel für den Theodoliten. Andere Azimuthwinkel in bezug auf diesen Bezugsrichtungswinkel der Empfindlichkeitsachse 27 können durch Drehen des Theodoliten im Azimuth erzielt werden. Die Lösung der Gleichung (1) ergibt eine Messung eines Azimuthwinkelc in bezug auf die echte Nordrichtung.

In Fig. 5 stellt ein federähnliches Bauteil ..40 mit einer Raste 42 und Anschlagstiften 44 eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Azimuthbeziehung zwischen dem inneren Gehäuse 1? und dem äußeren Rahmen 10.dar. Beim Betrieb der Einrichtung wird das innere Gehäuse 12 um Winkel von 90°, 180° und 270° in bezug auf eine anfängliche Azimuthposition gedreht. Eine Vielzahl von Anschlagstiften 44, die entsprechend um den Umfang des inneren Gehäuses 12 herum versetzt sind, stellen eine Höglidkeit für bekannte "winkelpositionen des inneren Gehäuses 12 in "bezug auf die Azimuthorientierung des Bauteiles 40 am äußeren Rahmen 10 dar. Das innere Gehäuse 12 wiri mit der Daumenschraube 16 so gedi-eht, daß ein Anschlagstift 14'längn des Bauteiles 40 gleitet. Wenn ein Anschlagstift 44 mit der Rnste 42 ausgerichtet ist, drückt die Federwirkung des "Bauteiles 40 den Stift in die Raste.

Die Oberfläche 46 ist eine ebene Oberfläche zur Befestigung des Gerätes auf einem Dreifuß oder einer anderen Basis. Der äußere !lahmen 10 besitzt eine mit Schraubgewinde versehene Öffnung 40 in der Oberfläche 46 zur Befestigung des Gerätes mit dem Dreifuß. Die überfläche 5^ ist eine ebene Oberfläche zur Aufnahme eines Theodoliten auf dem Gerät als Alternative für eine Auslegevorrichtung. Die Schrauben ?2 und 54 ergeben eine Befestigung des Theodolit en miu dem Gerät. Wie in den Figuren 4 und 6 gezeigt, passen die Stifte 55 auf dem Schwimmer E in Löcher eines Tragbügels 56, damit ein Sicherheitsanschlag erzielt wird, der die Tranr.lationsbewegung und die Drehbewegung um die Achse 25 begrenzt, wenn der Kreiselkompaß nicht in Betrieb ist.

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Fig» 7 ist eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform einer Schwimmeranordnung, die anstelle des Schwimmers 18 und der Membran 36 verwendet werden kann. Der Schwimmer 58 nach Pig. 7 ist mit dem Tragarm 56 durch Halteschienen 60 und 62 verbunden. Die Halteschienen 60 und 62 begrenzen die Bewegung des Schwimmers bei einer Drehung um die vertikale Achse, ermöglichen jedoch eine Schwenkbewegung um eine horizontale Achse.

In Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Berechnung des Winkels zwischen der echten Nordrichtung und einer Bezugsrichtung des Gerätes gezeigt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Bezugsrichtung die Richtung einer der beiden Empfindlichkeitsachsen des Kreisels. Dabei kann jede der beiden Empfindlichkeitsachsen als die Bezugsrichtung verwendet werden. Der Kreisel und die Steuereinrichtung 64 weisen einen Kreisel 66 mit zwei Freiheitsgraden, eine Y-Drehmomeht-Neuabgleichschleife 68, eine X-Drehmoment-Neuabgleichschleife 70 und eine Spin-Energiequelle 72 auf. Der Kreisel 66 kann ein abgestimmter Kreisel sein, wie er beispielsweise in US-PS 3.678.764 oder 3.943.778 dargestellt ist. Die Kreiselparameter, die für diese Ausführungsform der Erfindung optimiert werden sollen, sind Jfleine Abmessungen, geringer Energieverbrauch, gute Kurzzeit-Nullabgleichstabilität und geringe Null-Abgleichtemperatur-Empfindlichkeit, und geringe Kosten des Gerätes.

Weil die Spin-Achse des Kreisels 66 durch den Schwimmer 18 innerhalb des inneren Gehäuses 12 vertikal gehalten wird, ist die Empfindlichkeit des Kreisels gegen Schwerkraft nicht kritisch. Für abgestimmte Rotorkreisel besteht auch keine effektive Hassenungleichgewichtsempfindliohkeit für Beschleunigungen längs der Spin-Achse. Dieses Merkmal eines abgestielten Rotorkreisels ist besonders geeignet zur Verwendung in einer Ausführungsfore der Erfindung. Ein abgestimmter lotorkreisel hat eine Empfindlichkeit gegen Beschleunigung rür Beschleunigungen senkrecht zu den Spin-Achsen. Da im Betrieb dieser Aueführungsform der Erfindung keine

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solche Beschleunigung vorhanden ist, besteht keine üTotv;endigkeit für eine exakte Einstellung der Massenungleichgewichtsempfindlichkeit oder Steuerung der Massenungleichgewichtstemperaturempfindlichkeit des Kreisels. Andere Parameter, die bei der Auswahl eines Kreisels optimiert werden sollen, sind Drehmomentgeber-Haßstabsfaktor, der für die Itnpulsdrehmomentgabe ausgelegt ist, Betrieb bei niedriger Temperatur und stabile bauliche Eigenschaften, damit den Anforderungen des Transportes entsprochen werden lann.

X- und Y-Drehmomentnachgleichschleifen 63 und 70 sind identische Schaltungen zur Aufhebung der Winkelverschiebung des äußeren Rahmens 10 des Kreisels 66 um die Empfindlichkeits-Achsen 27 und 29. Eine Drehmoment-Nachgleichschleife ist in US-PS 3.062.059 beschrieben und dargestellt. Wenn das Gerät in einer stationären Position betrieben und auf einem Dreifuß befestigt wird, wird die einzige äußere Winkelgeschwindigkeitseingabe, die von dem Kreisel abgefühlt wird, die Winkelgeschwindigkeit, die sich aus der Erddrehung ergibt. Die aufeinander senkrecht stehenden, horizontalen Empfindlichkeitsachsen stehen in der Richtung einer Komponente des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors. Der Kreisel wird versuchen, eine Präzessionsbewegung um seine Empfindlichkeitsachsen als Funktion der Größe der beiden Komponenten des horizontalen Erdgeschwindigkeit svektors längs der Empfindlichkeitsachsen 27 und 29 auszuführen, und zwar unabhängig von der Richtung der Achsen 27 und 29 in bezug auf die echte Nordrichtung. Eine Abgriff-Erregerspannung erregt die Primärwicklungen der Abgriffspulen des Kreisels. Wenn das Kreiselgehäuse relativ zu dem Trägheitsrad rotiert, wird ein Abgriffsignal erzeugt. Dieses Abgriffsignal wird mit einer entsprechenden Drehmomentnachgleichschiife gekoppelt, in der Impuls-Drehmomentsignale erzeugt werden. Die Inpuls-Drehmomentsignale werden dem entsprechenden Drehmomentgeber des Kreisels aufgegeben, wodurch der Kreisel, d.h. das Trägheitsrad, eine Präzessionsbewegung in der gleichen Richtung der Erdgeschwindigkeitskomponente um eine bestimmte Empfindlichkeitsachse ausführt. Spmit wird das Trägheitsrad des Kreisels bewegungsfrei um eine Empfindlichkeitsachse in bezug auf die gehäusefesten Koordinaten des Kreisels gehalten. Das Abgriffsignal

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wird auf Null gebracht und die Anzahl von digitalen Impulsen in den Drehmomentsignalen £>ro Zeiteinheit, die erforderlich sind, um einer Präzession aufgrund einer Komponente der horizontalen Erdgeschwindigkeit entgegenzuwirken, ist ein Haß für die Größe dieser Komponente. Da die Größe der Komponente da?Erdgeschwindigkeit sich um eine bekannte trigonometische Funktion gegenüber der Größe der gesamten horizontalen Komponente der Erdgeschwindigkeit ändert, und da die horizontale Komponente der Erdgeschwindigkeit in der echten ITordrichtung orientiert ist, kann der Winkel zwischen einer Empfindlichkeitsachse und der echten ilordrichtung aus der Anzahl von gegenwirkenden digitalen Impulsen pro Zeiteinheit berechnet werden.

Die Berechnungsschaltung 74 weist einen aufv/ärts/abwärts zählenden Zähler 76, eine Recheneinrichtung 73 mit integrierter Schaltung, einen Verstärker 80, eine Alpha-Winkel-Sichtanzeige 82, einen Verstärker 84, eine Sichtanzeige 86 für den Winkel der geographischen Breite, einen Zählerreversierschalter 88, einen Zähler 90 und einen Zeitipulsgenerator 92 auf.

Bei der Betrachtung der Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform sei unterstellt, daß die Achse 2.5 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, die Achse 2y die Y-Achse des Kreisels 66und die Achse 29 die X-Achse des Kreisels 24, d.h. 6G in Fig. 8 ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, erstrecken sich kolineare Achsen Y und 27 sov/ie kolineare Achsen X und 29 in einer horizontalen Richtung.

Der Winkel zwischen der Empfindlichkeitsachse einer Winkelgeschwindigkeit sabfühl vorrichtung und der echten Nordrichtung kann durch Messen der Winkelgeschwindigkeit festgestellt werden, die um eine horizontale, bewegungsfreie Empfindlichkeitsachse abgefühlt wird, und anschließend daran durch Messen der Winkelgeschwindigkeit, die um eine horizontale, bewegungsfreie Empfindlichkeitsachse in einer Richtung abgefühlt wird, die senkrecht zu der Richtung verläuft, in der die erste Messung vorgenommen wurde. Die Meßvorrichtung kann eine einzige Empfindlichkeitsachse aufweisen, deren Orientierung zwischen den ersten und zweiten Messungen gedreht wird, oder

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sie kann zwei aufeinander senkrechte Empfindlichkeitsachsen besitzen, wobei dann die Messungen gleichzeitig durchgeführt werden. Die Winkelgeschwindigkeiten, die durch die Vorrichtung abgefühlt werden, sind die Komponenten der horizontalen Geschwindigkeit der Erddrehung um ihre Achse, wie dies in den Gleichungen (2) und (3) definiert ist. Aus den gemessenen Komponenten Cu und CO ist es möglich, die Winkel zwischen den Empfindlichkeitsachsen und der echten Nordrichtung zu berechnen, wie in den Gleichungen (5) und (6) gezeigt.

Bei der Durchführung dieser Messungen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Gleichungen komplexer und der Vorgang wird so erweitert, daß λι/esentliche Fehlerquellen eliminiert werden. Figuren 9, 10 und 11 zeigen mögliche kennzeichnende Fehlerquellen, die die berechneten Winkel zwischen den Empfindlichkeitsachsen und der echten Nordrichtung nachteilig beeinflussen. Die Figuren 9> 10 und 11 zeigen die horizontale Komponente der Erdgeschwindigkeit, den Winkel <*- und die X- und Y-Empfindlichkeitsachsen, wie£ie für die Figuren 1 und 2 definiert sind. Die Figuren 10 und 11 zeigen die vertikale Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde,.*!-.. Fig. 9 zeigt eine mögliche Fehlausrichtung zwischen den Y- und den X-EmpfindlicheitSachsen, die als Winkel ο dargestellt ist. Die Fehlausrichtungen der Achsen, die in denZeichnungen dargestellt sind, sind zu Darstellungszwecken übertrieben groß gezeichnet.

Fig. 10 zeigt einen Kippwinkel ^ aufgrund eines Kippens der Spin-Achse 25 in der Y-Richtung. Fig. 11 zeigt einen Kippwinkel % der Spin-Achse in der X-Hichtung. Die Winkelfehlausrichtungen sind zu Darstellungszwecken übertrieben groß dargestellt und in der Praxis sind diese Winkelfehlausrichtungen klein, jedoch in Hinblick auf die Genauigkeit des berechneten Winkels oC bedeutend.

Eine weitere mögliche Fehlerquelle ist eine eingeprägte Vorspannung im Kreisel. Insbesondere kann eine eingeprägte Tendenz des Kreisels zum Driften um die Empfindlicneitsachsen von dem Abgriff signal aus der Präzession, die durch eine Komponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde verursacht wird, nicht unterschieden

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werden. Jeder solchen Drift würde durch ein Drehmomentsignal in der vorbeschriebenen Weise entgegengewirkt werden. Wenn eine Kreiselvorspannung oder eine eingeprägte Drift kompensiert wird, ist das Drehmomentsignal als eine Funktion der Größe der Drift des Kreisels fehlerhaft.

Um den Einfluß einer Kreiseldrift zu kompensieren, werden die Messungen der Komponenten der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde, wie sie in den Gleichungen (2) und (3) definiert sind, einmal mit den X- und Y-Empfindlichkeitsachsen in einer ersten horizontalen Orientierung und ein zweites Mal mit der Richtung der X- und Y-Empf indlich-'keitsachsen um 180 vertauscht gemessen. Es liegt aber auch eine Vorrichtung im Rahmen vorliegender Erfindung, die nach der Gleichung (5) oder (6) arbeitet, ohne daß der zweite Satz von Messungen mit den Empfindlichkeitsachsen vertauscht durch geführt wird.

Die folgenden Gleichungen (16) bis (28) zeigen, wie der erweiterte Meßvorgang den Einfluß der wichtigsten Quellen möglicher Fehler aufhebt. Die Nomenklatur, die in den Gleichungen (16) bis (28) verwendet wird, ist in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

oC Winkel zwischen Nord (-"υ) und Y-Drehmomentgeberachse O Abweichung von der rechtwinkeligen Positionierung zwischer

den Y- und X-Drehmomentgeberachsen f Kippwinkel der Spin-Achse in Y-Richtung 0 Kippwinkel der Spin-Achse in X-Richtung t Kreiselabgleichdriftgeschwindigkeit um die X-Achse £ Kreiselabgleichdriftgeschwindigkeit um die Y-Achse (ε. und €. können jede Driftgeschwindigkeit mit einer großen Korrelationsdauer verglichen mit der Zeit At darstellen)

sfx, sfy DrehmomentgeberxImpuls-Skalenfaktoren N , N Anzahl von Impulsen, die sich über die Zeitdauer Δ t

angesammelt haben
At Impulsansam*nU,i»^4^mjm i* 4t«*er Position (OO¹" und 180°)

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Horizontale Komponente der Erdgeschwindi^keit Y Vertikale Komponente der Erdgeschv/indi^keit t Zu großer Winkel für eine 180° Drehung.

Die Einrichtung wird zuerst auf einem DreiSfuß (nicht dargestellt) "befestigt, z.B. kann ein Theodolit auf der Oberfläche 50 befestigt sein. Vorzugsweise hat die Azimuthorientierung des Theodoliten eine bekannte Beziehung in bezug auf die Empfindlichkeitsachsen 27 und 29, die X- und Y-Achsen des Kreisels 24. Die Oberfläche 5o wird nivelliert, so daß axe horizontal liegt. Der Schwimmer steht dann auf gleichem Niveau mit den Empfindlichkeitsachsen 27 und 29 des Kreisels 24.

Anschließend werden gleichzeitig, jedoch unabhängig voneinander Messungen des Drehmomentes durchgeführt, das erforderlich ist, um die Empfindlichkeitsachsen des Kreisels in einer festen, ungeänderten Beziehung in bezug auf den Trägheitsraum zu halten. Sowohl die horizontale Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde als auch die eingeprägte Drift des Kreisels werden von dem Kreisel urc eine oder beide Empfindlichkeitsachsen abgefühlt. Bei der dargestellten Ausführunssform wird eine Präzession des Kreisels um "beide Empfindlichkeitsachsen durch das Entgegenwirken des Drehmomentes vorhindert, das in digitaler Form aufgegeben wird. Natürlich kann auch eine analoge Drehmomentschleife verwendet werden.

Die Winkelgeschwindigkeit der Drehung, die um die X- und die Y-Achse abgefühlt wird, wird durch Zählen der Anzahl von Drehmomentimpulsen über eine einheitliche Zeitperiode erhalten. Bei der durgestellten Ausführungsform zählt der Zähler 90 (Fig. ü) Impulse aus dem Impulsgenerator 92, damit eine exakte ließperiode erzielt wird. Der Aufwärts-/Abwärts-Zähler 76 zählt die Anzahl von Impulsen, die de» X-Drehmomentgebex·, und die Anzahl von Impulsen, die dem X-Drehmomentgeber während einer Periode von 30 Sekunden aufgegeben werden. Die Zählperiode kann jedoch auch kürzer oder länger sein.

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Die Anzahl von Impulsen, die den Kreisel aufgegeben wird, wobei die Y-Achse in einer C°-Fosition steht, ist auf die horizontale Komponente der Erdgeschwindigkeit in der in Gleichung CB) angegebenen Weise bezoger. Diese 0°-Position ist als die Verlängerung der Empfindlichkeitsachsen 27 und 29 in Richtung der +Y und +X-Achsen mit Ausnahme möglicher Fehler, wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt, definiert. Jeder Impuls muß dem Kreisel eine Präzession; bewegung über einen bestimmten Winkel aufgeben, um der Präzession dieses Kreisels um den gleichen Winkel entgegenzuwirken. Die Richtung der Drehmomentgebe hängt von der Polarität des Impulses ab. Ein typischer Skalenfaktor ist etwa 0,04 Bogensekunden pro Impuls. Mit anderen V/orten heißt dies, daß ein Impuls den Kreisel um die Achse in Präzessionsbewegung versetzt, der sie über einen Winkel von 0,04 Bogensekunden aufgegeben wird. Ein Zählerreversierschalter 88 wird in die 0°-Position gesetzt. In dieser Position zählt der Aufwärts-/Abwärts-Zähler in Abhängigkeit von einem positiven Impuls nach aufwärts und in Abhängigkeit von einem negativen Impuls nach abwärts. Dabei sei angenommen, daß positive Impulse der Präzession in der 0°-Position entgegenv/irken.

Die Gleichung (16) beruht auf der Gleichung (2), enthält jedoch Fehlerausdrücke, die die einfache Gleichung nicht enthält. Beispielsweise wird der Ausdruck M^cosln.oL durch den cosinus des

in Winkels \ aufgelöst, wenn ein Kippwinkel der Spin-Achse der Y-Pdchtung vorhanden ist. Ein solcher Kippwinkel würde während einer Eichung der Einrichtung entdeckt werden. Wenn ein Kippwinkel existiert, tritt eine Komponente der vertikalen Erdgeschwindigkeit, -Qy sin ^ längs der Y-Achse auf. Der Ausdruck e. stellt einen eingeprägten Abgleich des Kreisels umdie Y-Achse plus einer beliebigen anderen Lärmquelle dar. Ein Beispiel für die ersten und dritten Ausdrücke der Gleichung (16) ist in Fig. gezeigt:

A r	. _	COS O^	+	y
N „ C^<	^rr COS ^
^O	π.

^ N i_E cos \ ci ₇ sinf (16)

-Jl-

In der gleichen Meßperiode At von 30 Sekunden wird die Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse ebenfalls durch Auszählen der Anzahl von Impulsen gemessen, die dem X-Drehmomentgeber während dieser Periode aufgegeben werden. Die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit, die um die X-'"Achse abgefühlt wird, und der horizontalen Komponente der ErQgeschwindigkeit ergibt sich aus Gleichung (17). Die Gleichung (17) basiert auf der Gleichung (3), enthält jedoch Fehlerausdrücke, die in dem einfachen Fall nicht eingeschlossen sind. Der Winkel (oc-<S) unterscheidet sich von um den Wert einer Abweichung von der senkrechten Stellung zwischen den Y- und den X-Empfindlichkeitsachsen. Die Winkelgeschwindigkeit, die längs der X-Achse abgefühlt wird, ist eine cosinus-Funktion eines Kippwinkels 7 der Spin-Achse in der X-Richtung. Eine Komponente der vertikalen Erdgeschwindigkeit wird als Funktion des sinus eines Kippwinkels der Spin-Achse in der X-Richtung abgefühlt. Der Ausdruck £ stellt einen Kreiselabgleich und/oder Geräusch, das von dem Kreisel um die X-Achse abgefühlt wird, dar. Ein Beispiel der ersten und dritten Ausdrücke der Gleichung (17) ist in Fig. 11 gezeigt

Λ c-Pv ^Λ Γ\ Γ* Λ

--- N Cr \l„ cosTf sin ■ (OC -O) + ε + Jl sinr (17)

Dann werden der Kreisel, der Schwimmer und das innere Gehäuse im Azimuth um einen Winkel von 180° durch Drehen des Daumenrades 16 gedreht. Der Kreisel kann sich dann einige Sekunden lang stabilisieren, bevor die Messungen fortgesetzt werden.

Als nächstes werden die gleichen Messungen eine Periode von 30 Sekunden lang wiederholt, wobei die X- und Y-Achsen in der 180 Position gegenüber den ersten Messungen stehen. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Achsen 27 und 29 in der 180° Position sich in en^gengesetzten Richtungen in bezug auf die in Fig. 9 gezeigten Richtungen erstrecken. Die 180° Position wird als die Verlängerung der Empfindlichkeitsachsen 27 und 29 in den -Y und -X-Richtungen definiert, mit Ausnahme für Fehlerquellen nach den Figuren 10 und lic Der Zählerumkehrschalter wird in die 180°

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- 22 -

Position geschaltet, in dieser Position zählt der Zähler nach abwärts anstatt nach aufwärts. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Messung der Winkelgeschwindigkeit, die um die X-Achse und die 180° Position abgefühlt wird, von der Winkelgeschwindigkeit subtrahiert wird, die um die X-Achse und die Nullgradposition abgefühlt wird, und die Winkelgeschwindigkeit, die um die Y-Achse in der 180° Position abgefühlt wird, wird von der Winkelgeschwindigkeit subtrahiert, die um die Y-Achse in der Nullgradposition abgefühlt wird. Die Gleichungen (18) und (19) geben die Beziehung zwischen der Anzahl von Impulsen, die den Kreisel um die X- und Y-Empfindlichkeitsachsen mit Drehmoment beaufschlagen und die Komponente der horizontalen Erdgeschwindigkeit, die um diese Achsen abgefühlt wird, an. Es sei angenommen, daß in der Nullposition positive Impulse erzeugt werden, um Drehmomente um die X- und Y-Empfindlichkeitsachsen aufzugeben. In der 180° Position wird die Richtung der Komponente des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors reversiert, und deshalb werden negative Impulse erzeugt, die dem Einfluß dieser Komponenten entgegenwirken. In der Nullgradposition zählt der Zähler 76 in Abhängigkeit von positiven Impulsen nach aufwärts. In der 180 Position zählt er weiterhin in Abhängigkeit von negativen Impulsen nach aufwärts.

"^y180 ^{Δί Χ}180

Λ c-Fv ^

CO - ττί N S'-ß- cos f COs (<* + JT +ζ;+ £λ> +Ώ_ν sin ζ (18

^y ^*^{c x} JV

ff N_x =4 ™s Ϊ *ⁱⁿ «* - (T ₊ X ₊ζ ) ₊ ε 180 ^*^{11 x}180

Das Reversieren der Richtung des Zählers in der 180° Position subtrahiert die Anzahl von Impulsen, die in der zweiten der 30 Sekundenperioden gezählt worden sind, d.h. in der 18® Position, von der Anzahl von Impulsen, die in der ersten der beiden 30 Sekundenperioden, d.h. in der 0° Position gezählt werden. Die Gleichungen (20) und (21) stellen'die Gleichung (16) minus die Gleichung (18) sowie die Gleichung (17) minus die Gleichung (19) dar. Bestimmte Fehlerausdrücke heben sich auf, weil sie die gleiche Polarität oder Richtung sowohl in den Null- als auch den 180°-Positionen haben. Die Abgleichausdrücke heben sich ebenso

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auf wie die Ausdrücke, die eine Funktion der vertikalen Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde sind

^(N _V - K ⁾ "A* ^cos f ^cos OC (1 + cosf ) (20)

Y₀ y₁₈₀ H / J

-j1_h sinoC sin J

N
x₀ x₁₈₀

■ -**"_H cos^r IsinOC cos ο (l + cos J ) - cosoi. sin» (1 + cos J )

ο sint + sin ο*, sin ο sin J j (21)

♦ cos OC cos

Obgleich die mathematischen Zusammenhänge in Verbindung mit der Arbeitsweise der Einrichtung angegeben werden, ist die einzige mathematische Funktion, die in der Einrichtung durchgeführt wird, das Zählen der Impulse in zwei Impulsfolgen durch den Aufwärts/Abwärts-Zähler 76, damit eine endgültige digitale Zählung am Ende der zweiten der 30 Sekunden-Perioden der Messung erhalten wird. Die Endzählungen der Anzahl von Impulsen, die dem Kreisel ein Drehmoment um die X- und die Y-Achsen während der beiden 30 Sekundenperioden aufgegeben werden, sind auf die abgefühlten Komponenten des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors in den Gleichungen (22) und (2 3) bezogen.

iiN_y (23)

Die Beziehung zwischen den abgefühlten Komponenten des horizontalen Erdgeschwindigkeitsvektors und des Winkels oC zwischen der Y-Empfindlichkeitsachse und der echten Nordrichtung ist in Gleichung (4) angegeben. Zur Auflösung nach dem Winkel oC wird Gleichung (21) durch Gleichung (20) dividiert. Die Gleichung (24) ergibt sich aus dieser Division. Der Ausdruck -**·_Η, der eine Funktion der geogradischen Breite ist, ist durch diese Teilung ebenso wie das Zeitintervall At aufgehoben worden

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χ χ y I tanefc cos» (1+cosS ) - sin* (1 + cosi)

sf An " ^COS " ί ^cos/ C^{1 + COS}J -tan flt sin£J

/.cos Q sin S + tan ecsin ο sinXJ / _.
⁺ cosi £ 1 + cos J - tan 0C sin_£J ^K

Als nächstes wird eine Annäherung erster Ordnung aus den sich
aus dieser Gleichung ergebenden Ausdrücken vorgenommen. Einer

der Winkel J₁? d₍^ ist wesentlich kleiner als Eins. Die Gleichung (24) kann nach aufgelöst werden, in der Praxis werden jedoch die unbedeutenden Ausdrücke fallen gelassen. Somit ergibt sich die
Gleichung (24) in vereinfachter Form als Gleichung (25)

_c Δ Ν tan (Oi-O ₊ )

sfx ^x ^ . ?_ (25)

^sfY Δν 1-4- ^tan0C-

Y 2

Gleichung (24) wird nach dem tangena oC aufgelöst. Um die Berechnungen zu vereinfachen, dividiert die integrierte Schaltungseinrichtung 78 die Endzählung der Impulse, die ein Drehmoment um die X-Achse ergeben, durch die Endzählung der Impulse, die ein Drehmoment um die Y-Achse ergeben.

*i2L- ^£ ₌ R (26)

^Sfy ^Ny >

tano6£ Z ⁽²⁷⁾

1 + R -J

Der Winkel ist somit gleich dem arc tangen» des in Gleichung
(27) angegebenen Ausdrucke^

- 1

oC 2» tan

(28)

Die Gleichung (28) wird durch die integrierte Schaltungseinrichtung 78 aufgelöst. Die Einrichtung 78 teilt die ImpuTszählung für die X-Achse durch die Impulszählung für die Y-Achse, damit das
auf der linken Seite der Gleichung (26) angegebene Verhältnis
erhalten wird. Der Wert des Winkels S ist ein fester Fehlerwert,

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der während der Eichprüfung der Einrichtung festgelegt wird. Der Winkel^ kann durch Eichprüfung gemessen werden, oder es können einstellbare Anschläge verwendet werden, um exakt eine Drehung von 180 zu erzielen.

Natürlich kann der WinkeloC in Form von arc cotangens in der oben beschriebenen Weise abgeleitet werden.

Die integrierte Schaltungseinrichtung 78 beaufschlagt die Winkelsichtanzeige 82 über den Verstärker 80. Die Winkelsichtanzeige weist Licht emittierende Dioden auf, die als Auslesung den berechneten Winkel Od ergeben.

Die integrierte Schaltungseinrichtung 78 kann ferner zur Auflösung der Gleichung (9) nach dem Winkel Λ verwendet werden, der die geographische Breite des Punktes auf der Erdoberfläche ist, an welchem die Messungen vorgenommen werden. Der Winkel oc ist aus der Lösung der Gleichung (28) bekannt, der ErdgeschwindigkeitsvektorA hat einen bekannten Wert und die Komponente des Erdgeschwindigkeitsvektors, die um die Y-Achse abgefühlt wird, /±£o , ist aus den Gleichungen (20) und (23) bekannt und ist proportional ^N · Die Zeitigt und der Drehmomentgeber-Skalenfaktor s_f sind bekannte Größen.

Verwendet man die gleiche Annäherung kleiner Winkel wie vorher, kann Gleichung (20) wie folgt beschrieben werden

Jl_H -.ßcosX

Die Größe des Winkels X wird dadurch erhalten, daß der arc cosinus, der in Gleichung (9) definiert wird, genommen wird. Die Winkelsichtanzeige 86 weist auch Licht emittierende Dioden auf, die eine Auslesung des Winkels ^ ergeben.

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Le e rs e

ite

Claims (1)

1. Patentansprüche "7*3791

   _v 1.\ Gerät zum Erzeugen eines Signales, aus welchem die echte Nordr c ung kegtijurt werden kann, gekennzeichnet durch einen Bahmen, eine Vorrichtung zum Feststellen der Geschwindigkeit der Winkelbewegung der Erde um eine Empfindlichkeitsachse und zur Erzeugung eines der Erdgeschwindigkeit entsprechenden Ausgangssignales, eine Vorrichtung zur Halterung der Ab fühl vorrichtung am Rahmen des Gerätes mit einer Empfindlichkeitsachse der Abfühlvorrichtung, die in einer horizontalen ersten Richtung orientiert ist, wobei die Haltevorriolitung eine Vorrichtung zum Isolieren der Abführvorrichtung gegenüber geringen Drehungen um eine horizontale Achse des Rahmens in bezug auf die Erdoberfläche aufweist, und eine Vorrichtung zur Erzielung einer horizontalen Bezugsrichtung in bezug auf die Richtung der Empfindlichkeitsachse der Abfühlvorrichtung.

   2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum selektiven Drehen der Haltevorrichtung und der Abfüllvorrichtung um die Vertikale über wenigstens einen bekannten Winkel vorgesehen ist, um die Empfindlichkeitsachse der Abfühlvorrichtung in einer etwa horizontalen zweiten Richtung zu orientieren.

   3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Abfühlvorrichtung vorübergehend und lösbar in einer Position gehalten ist, in der die Empfindlichkeitsachse in der ersten Richtung orientiert ist, und der Kreisel vorübergehend und lösbar in einer Position gehalten ist, in der die Empfindlichkeitsachse in der zweiten Richtung orientiert ist.

   4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung die Abführvorrichtung selektiv so hält, daß die Empfindlichkeitsachse in einer einer Vielzahl von horizontalen Richtungen orientiert ist.

   5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum automatischen Berechnen von Winkeln vorgesehen ist, die auf die Meßvorrichtung anspricht, um den Winkel zwischen einer der ersten und zweiten Richtungen der Empfindlichkeitsachse und der echten Nordrichtung zu bestimmen.

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   2 Z7T3791

   6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführvorrichtung einen Kreisel mit wenigstens einem Freiheitsgrad und ferner eine Vorrichtung zur Begrenzung der Drehung der Isoliervorrichtung um die Vertikale aufweist, wobei der Kreisel auf der Isoliervorrichtung befestigt ist und die ßpinachse in einer etwa vertikalen Richtung liegt.

   7- Kreiselinstrument zur Bestimmung der echten Nordrichtung, gekennzeichnet durch
   einen Rahmen,

   einen Kreisel mit zwei Freiheitsgraden um zwei aufeinander senkrecht stehende Empfindlichkeitsachsen, wobei der Kreisel ein Trägheitsrad, eine Vorrichtung zur Anzeige der Winkelverschiebung des Trägheitsrades um die Empfindlichkeitsachsen und|eine Vorrichtung zur Drehmomentbeaufschlagung des Trägheitsrades um die Empfindlichkeitsachsen aufweist, und die Drehmomenterzeugungsvorrichtung auf die Anzeigevorrichtung anspricht und Winkelverschiebungen der Anzeigevorrichtung um die Empfindlichkeitsachsen entgegenwirkt, die sich aus wenigstens einer Komponente der horizontalen Winkeldrehgeschwindigkeit der Erde ergeben, eine Vorrichtung zur Halterung des Kreisels am Rahmen, wobei die Spinachse des Kreisels etwa vertikal und die Empfindlichkeitsachsen in einer etwa horizontalen ersten Richtung orientiert sind, und wobei die Halterung den Kreisel gegenüber kleinen horizontalen Drehungen um eine horizontale Achse des Rahmens relativ zur Erdoberfläche abstützt,

   eine Vorrichtung zur Begrenzung der Drehung der Isoliervorrichtung und des Kreisels um die Vertikale,

   eine Vorrichtung zur Messung des dem Kreisels angegebenen Drehmoments, um dem Kreisel eine Präzessionsbewegung aufzugeben, damit einer WinkelverSchiebung entgegengewirkt wird, die sich aus einer Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde ergibt, und eine Vorrichtung zur Erzielung einer horizontalen Bezugsrichtung in bezug auf die Richtung wenigstens einer der Empfindlichkeitsachsen des Kreisels.

   7 0 9 8 4 Ö / 0 9 0 7

   8. Kreiselinstrument nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum automatischen Berechnen von Winkeln, die auf die Drehmoment erzeugungsvorrichtung ansprechen, um den Winkel zwischen der Richtung wenigstens einer der Empfindlichkeitsachsen des Kreisels und der echten Nordrichtung zu bestimmen.

   9· Kreiselinstrument nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zumpelektiven Drehen der Isoliervorrichtung und des Kreisels um wenigstens einen bekannten Winkel.

   10. Kreiselinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des bekannten Winkels 180° beträgt.

   11. Kreiselinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine erste und eine zweite Abgriffvorrichtung aufweist, deren jede eine Winkelverschiebung des Kreisels um eine der Empfindlichkeitsachsen des Kreisels abfühlt, wobei die erste und die zweite Abgriffvorrichtung erste und zweite Abgriffsignale in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung des Kreisels um eine Empfindlichkeitsachse erzeugen.

   12. Kreiselinstrumentjnach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomenterzeugungsvorrichtung erste und zweite Drehmomenterzeugungsvorrichtungen aufweist, von denen jede den Kreisel um eine der beiden Empfindlichkeitsachsen des Kreisels in Präzessionsbewegung versetzen kann.

   15. Kreiselinstrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Abgleichschaltungen vorgesehen sind, daß die erste Nachgleichschaltung mit der ersten Abgriffvorrichtung und der ersten Drehmomenterzeugungsvorrichtung zur Kopplung des ersten Abgriffsignales mit der ersten Drehmomenterzeugungsvorrichtung verbunden ist, daß die Drehmomenterzeugungsvorrichtung auf das erste Abgriffsignal anspricht, um den Kreisel in einer Richtung mit Drehmoment zu beaufschlagen, die das erste Abgriff-

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   signal auf Null bringt, daß die zweite Nachgleichschaltung mit der ersten Abgriffvonichtung und der zweiten Drehmomenterzeugungsvorrichtung verbunden ist, um das zweite Abgriffsignal mit der zweiten Drehmomenterzeugungsvorrichtung zu koppeln, wobei die zweite Drehmomenterzeugungsvorrichtung auf das zweite Abgriffsignal anspricht, um den Kreisel in einer Eichtung mit Drehmoment zu baufschlagen, in der das zweite Abgriffsignal Null wird.

   14. Kreiselinstrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Nachgleichschaltungen digitale Schaltungen sind und daß die ersten und zweiten Abgriffsignale jeweils eine Impulsfolge darstellen.

   15· Kreiselinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die automatisch arbeitende Berechnungseinrichtung eine Vorrichtung zur Bestimmung des arc tangens eines Winkels aufweist, dessen Tangens die eine Vektorkomponente der Erdgeschwindigkeit in Sichtung einer Empfindlichkeitsachse des Kreisele dividiert durch die andere Vektorkomponente der Erdgeschwindigkeit in Sichtung der anderen Enpfindlichkeitsachse des Kreisels ist.

   16. Kreiselinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die HaIterungsvorrichtung ein inneres Gehäuse mit einem Flotationsmittel aufweist, daß ein Schwimmer in des Flotationsmittel angeordnet ist, und daß der Kreisel auf dem Schwimmer so befestigt ist, daß seine Spinachse eine etwa vertikale Orientierung hat.

   17* Kreiselinstrument nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung zwischen den inneren Gehäuse und dem Schwimmer angeordnet ist.

   18. Kreiselinstrument nach Anspruch 17« dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung wenigstens eine Membran aufweist, die zwischen Schwimmer und Bahmen eingeschaltet ist, damit eine hohe Compliance (fieziprokwert der Steifheit in cm/dyn) um alle Achsen in einer horizontalen Ebene und eine Steifheit um eine Achse senkrecht zur horizontalen Achse erzielt wird.

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   19- Kreiselinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Aufbau einer Bezugsrichtung einen auf den Bahnen befestigten Spiegel aufweist, und daß die Ebene des Spiegels senkrecht zur Richtung einer der Empfindlichkeitsachsen liegt.

   20. Kreiselinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Berechnungsvorrichtung die Größe eines Winkels&■ bestimmt, dessen Tangens gleich einer Vektorkomponente der horizontalen Erddrehgeschwindigkeit um eine Empfindlichkeitsachse des Kreisels dividiert durch eine orthogonale Vektorkomponente der horizontalen Erddrehgeschwindigkeit um die andere Empfindlichkeitsachse des Kreisels ist.

   21. Kreiselinstrument nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung einen arc tangens zur Bestimmung des Winkels ex berechnet.

   22. Kreiselinstrument nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Berechnungsvorrichtung einen arc cotanges zur Bestimmung des Winkelsot berechnet.

   23. Verfahren zur Bestimmung der echten Nordrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eines Kreisels mit einer vertikalen Spinachse an einer Drehung um die Vertikale gehindert und der Kreisel gleichzeitig gegen geringe Drehungen um eine horizontale Achse isoliert wird,

   daß der Kreisel un eine horizontale erste Empfindlichkeitsachse die in einer horizontalen ersten Richtung verläuft, drehmomentbeaufschlagt wird, um einer WinkelverSchiebung eines gehäusebezogenenen Abgriffes um die in der ersten Richtung verlaufenden Empfindlichkeitsachse entgegenzuwirken, wobei die WinkelverSchiebung sich sonst aus einer Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um die erste Achse ergeben würde,

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   daß der Kreisel um eine horizontale zweite in einer horizontalen zweiten Richtung verlaufende Empfindlichkeitsach.se drehmomentbeaufschlagt wird, um einer Winkelverschiebung eines gehäusebezogenen Abgriffes um die zweite EmpÄndlichkeitsachse entgegenzuwirken, wobei die WinkelverSchiebung eine Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde ergibt, und wobei die zweite Richtung von der ersten Richtung um einen bekannten Winkel abweicht, und daß die echte Nordrichtung in bezug auf die erste Richtung einer Empfindlichkeitsachse automatisch aus einer Verhältnisfunktion der Drehmomente berechnet wird, die erforderlich sind, um Drehmomenten aufgrund der Drehgeschwindigkeit der Erde um die erste und die zweite Empfindlichkeitsachse entgegenzuwirken.

   24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel wenigstens einen einzigen Freiheitsgrad besitzt, und daß der Kreisel um seine vertikale Spinachse um einen Winkel von 90 gedreht wird, wobei dieser zusätzliche Schritt nach dem Schritt der Drehmomentbeaufschlagung des Kreisels um eine Empfindlichkeitsachse in einer ersten Richtung durchgeführt wird.

   25· Verfahren nach Anspruch 24, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung sich um 90° unterscheiden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte im Anschluß an die Drehmomentbeaufschlagung des Kreisels um eine Empfindlichkeitsachse in der zweiten Richtung:

   Der Abgriff und die Drehmomenterzeugungsvorrichtung des Kreisels werden um die vertikale Achse in einem Winkel von etwa 90° gedreht, so daß die erste Empfindlichkeitsachse in einer etwa horizontalen dritten Richtung verläuft, die sich um etwa 180° von der ersten Richtung unterscheidet, der Kreisel wird um die erste Empfindlichkeitsachse drehmomentbeaufschlagt, um der Winkelverschiebung entgegenzuwirken, die sich aus einer Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um die erste Empfindlichkeitsachse ergibt,

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   die in der dritten Sichtung verläuft, und um Fehler in der Drehmonentbeaufschlagung um die erste Empfindlichkeitsachse aufzuheben, die in der ersten Richtung aufgrund eines Kreiselabgleichfehlers und der Abweichung von der orthogonalen Stellung zwischen der Spinach.se und den Empfindlichkeitsachsen und aufgrund eines Kippwinkels der Spinachse gegenüber der Vertikalen oder eines Kippwinkels der Empfindlichkeitsachse gegenüber der Horizontalen auftreten,

   wenigstens der Abgriff und die Drehmomenterzeugungsvorrichtung des Kreisels um die Spinachse werden um einen Winkel von etwa 90° gedreht, so daß die erste Empfindlichkeitsachse in einer horizontalen vierten Richtung verläuft, die sich um 180 von der zweiten Bichtung unterscheidet,

   der Kreisel wird um die erste Empfindlichkeitsachse drehmomentbtaufSOhlagt, um der Winkelverschiebung entgegenzuwirken, die sich aus einer Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde üb die zweite Empfindlichkeitsachse ergibt, die in der vierten Richtung verläuft, und um Fehler in der Drehmomentbeaufschlagung um die erste Empfindlichkeitsachse aufzuheben, die in der zweiten Richtung verläuft, und zwar aufgrund eines Kreia«lsabgleichfehlers und einer Abweichung von der orthogonalen Stellung zwischen der Spinachse und den Empfindlichkeitsachsen und eines Kippwinkels der Spinachse gegenüber der Vertikalen sowie eines Kippwinkels der Spinachse gegenüber der Horizontalen, und der Berechnungsvorgang umfaßt die Berechnung des Verhältnisses der algebraischen Differenz der Gegendrehmomente, die dem Kreisel um die erste Empfindlichkeitsachse in der ersten und dritten Richtung aufgegeben werden, dividiert durch die algebraische Differenz der Gegendrehmomente, die den Kreisel um die erste Empfindlichkeitsach.se aufgegeben werden, welche in der zweiten und vierten Richtung verläuft.

   26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsechritt die Berechnung eines arc tangens umfaßt.

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   27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsschritt die Berechnung eines arc tangens umfaßt.

   28. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel zwei Freiheitsgrade mit aufeinander senkrecht stehenden Empfindlichkeitsachsen in der ersten und der zweiten Bichtung aufweist, und daß die Srehmonentbeaufschlagung des Kreisels um die erste und die zweite Empfindlichkeitsachse, die in der ersten und der zweiten Bichtung verlaufen, gleichzeitig durchgeführt wird.

   29· Verfahren nach Anspruch 23» wobei der Kreisel zwei Freiheitsgrade besitzt und zwei aufeinander senkrecht stehende erste und zweite Empfindlichkeitsachsen aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte im Anschluß an die Drehmomentbeaufschlagung des Kreisels um Empfindlichkeitsachsen in den ersten und zweiten Richtungen:

   Per Kreisel wird um die Vertikale um einen Winkel von etwa 180° gedreht, so daß die erste Empfindlichkeitsachse in einer horizontalen dritten Sichtung und die zweite Empfindlichkeitsachse in einer etwa horizontalen vierten Sichtung verläuft, wobei die dritte Richtung sich von der ersten Sichtung um etwa 180° und die vierte Bichtung von der zweiten Sichtung um etwa 180° unterscheidet,

   der Kreisel wird um die erste Empfindlichkeitsachse, die in der ersten Bichtung verläuft, drehmomentbeaufschlagt, um Winkelverschiebungen entgegenzuwirken, die sich aus einer Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um die erste Empfindlichkeitsachse in der dritten Bichtung ergeben, und um Fehler in der Drehmomentbildung um eine Empfindlichkeitsachse auszuschalten, die in der ersten Bichtung verläuft, und zwar aufgrund eines Kreiselabgleichfehlers und einer Abweichung von der orthogonalen Stellung zwischen der Spinachse und der Empfindlichkeitsachse, und aufgrund eines Kippwinkels der Spinachse von der Vertikalen und eines Kippwinkels der Empfindlichkeitsachse von der Vertikalen,

   7098AÖ/0997

   der Kreisel wird um die zweite Empfindlichkeitsachse, die in der vierten Sichtung verläuft, drehmomentbeaufschlagt, um einer WinkelverSchiebung entgegenzuwirken, die sich aus einer Vektorkomponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um die zweite Empfindlichkeitsachse in der vierten Hichtung ergibt, und um Fehler in der Drehmomentbeaufschlagung um die zweite Empfindlichkeitsachse aufzuheben, die in der zweiten Sichtung verläuft, und zwar aufgrund eines Kreiselabgleichfehlers und einer Abweichung von der orthogonalen Stellung zwischen der Spinachse und den Empfindlichkeitsachsen und einem Kippwinkel der Spinachse von der Vertikalen sowie einem Kippwinkel der Spinachse von der Vertikalen oder einem Kippwinkel der Empfindlichkeitsachse von der Vertikalen, und die Berechnung des Verhältnisses der algebraischen Differenz der Gegendrehmomente, die dem Kreisel um die erste Empfindlichkeitsachse aufgegeben wird, welche in der ersten und dritten Richtung verläuft, erfolgt durch Dividieren durch die algebraische Differenz der Drehmomente, die dem Kreisel um die zweite Empfindlichkeitsachse aufgegeben werden, welche in der zweiten und vierten Richtung verläuft.

   30. Verfahren nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentbeaufschlagung des Kreisels um Empfindlichkeitsachsen in der dritten und vierten Richtung gleichzeitig durchgeführt wird.

   31. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die geographische Breite des Kreisels aus einer Funktion des Verhältnisses der Drehgeschwindigkeit der Erde dividiert durch die horizontale Drehgeschwindigkeit der Erde, die auf dem Kreisel einwirkt, berechnet wird.

   32. Einrichtung zur Messung des Winkels zwischen einer horizontalen Richtung «und der echten Nordrichtung, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Messen einer ersten Komponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um eine in einer

   709840/Q997

   horizontalen ersten Richtung verlaufenden Achse, eine Vorrichtung zum Messen einer zweiten Komponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um eine Achse, die wenigstens einer horizontalen zweiten Richtung verlauft, wobei die zweite Richtung sich von der ersten Richtung um einen bekannten Winkel unterscheidet, und eine Vorrichtung zur Berechnung des Winkels zwischen der Nordrichtung der horizontalen Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde und einer der ersten und zweiten Richtungen.

   33. Verfahren zur Bestimmung des Winkels zwischen einer horizontalen Richtung und der echten Nordrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Komponente der horizontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um eine in einer horzontalen ersten Richtung verlaufende Achse gemessen wird,

   daß wenigstens eine zweite Komponente der hoasontalen Drehgeschwindigkeit der Erde um eine in einer horizontalen zweiten Richtung verlaufende Achse gemessen wird, wobei die erste Richtung sich von der zweiten Richtung um einen bekannten Winkel unterscheidet, und

   daß der Winkel zwischen der Nordrichtung der horizontalen Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde und einer der orsten und zweiten Richtungen berechnet wird.

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