DE2727132A1

DE2727132A1 - Verfahren und einrichtung zur deviationskorrektur der anzeigesignale digitaler magnetkompasse

Info

Publication number: DE2727132A1
Application number: DE19772727132
Authority: DE
Inventors: John T Fowler; James M Lapeyre
Original assignee: Laitram LLC
Current assignee: Laitram LLC
Priority date: 1976-06-17
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1978-01-05
Also published as: NL190247C; NO772126L; DE2727132C2; NL7706719A; GB1579673A; NL190247B

Description

PATBlITAIfWALT Dipl. ing.R. HOLZGB PHILIPPINB-WBLeBB-STBAeSB 1«

8900 ADOSBUKO

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VJ. 867

Augsburg, den l4. Juni 1977

The Laitram Corporation,
220 Laitram Lane, Harahan, Louisiana 70123» V.St.A.

Verfahren und Einrichtung zur Deviationskorrektur dor Anzeigesignala digitaler Magnetkompasse

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Deviationskorrektur der die jeweilige Kompaßrichtunk darstellenden Anzeigesignale eines digitalen Magnetkompasses.

Magnetkorapasse sind verschiedenen äußeren Einflüssen ausgesetzt, die Fehler in der Kompaßanzeige hervorrufen. Eine dieser Fehlerquellen ist die magnetische Deklination, bei welcher es sich um die Abweichung der Feldlinienrichtung des Erdraagnetfeldes von der geographischen Nordrichtung an jeder Stelle der Erdoberfläche handelt, wobei diese Deklination eine Funktion des geographischen Standortes ist. Eine weitere Fehlerquelle ist die magnetische Deviation, nämlich die Abweichung der tatsächlichen Kompaßanzeige von magnetisch Nord, die durch magnetische Störungen hervorgerufen wird, die vom Schiff selbst oder seiner Ausrüstung ausgehen. Die Deviation ist als Funktion der Schiffsrichtung veränderlich.

Die Deklination ist stets auf den Navigationskarten angegeben und kann durch Korrektur der Kompaßanzeige mittels eines konstanten, für den jeweiligen geographischen Bereich gültigen Korrekturwertes kompensiert werden, wobei sich der Korrekturwert verhältnismäßig selten ändert. Die Deviationskorrektur ist jedoch sehr viel schwieriger, da die Deviation eine Funktion der Schiffsrichtung ist,

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so daß für die verschiedenen Kompaßrichtungen zahlreiche verschiedene Korrekturwerte bereitgestellt werden müssen. Die Deviation wird üblicherweise mit Hilfe einer Tabelle korrigiert, in welcher die für das betreffende Schiff gültigen Deviationskorrekturwerte für die verschiedenen Kompaßrichtungen, beispielsweise in Intervallen von jeweils 10 , angegeben sind. Da die Schiffsrichtung sich häufig ändern kann, ist die Deviationskorrektur sehr lästig. Außerdem ist die Aufstellung einer Deviationstabelle schwierig und zeitraubend.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine automatische Deviationskorrektur der Ausgangssignale digitaler Magnetkompasse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Hauptanspruch gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Weitere bevorzugte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Alternative dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in den Ansprüchen 6 bis 15 gekennzeichnet.

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Demgeiaäß sieht die Erfindung, kurz zusammengefaßt, eine zwischen den digitalen Magnetkompaß und die Anzeigeeinrichtung bzw. eine andere, die Ausgangssignale des Kompasses auswertende Einrichtung geschaltete Korrekturschaltung vor, die den jeweils richtigen Deviationskorrekturwert zum Kompaßanzeigesignal hinzuaddiert bzw. von diesem subtrahiert. Die Korrekturscnaltung enthält einen Speicher, beispielsweise einen Festspeicher, in welchem die zu den verschiedenen Kompaßricntungen genörenden Deviationskorrekturwerte gespeichert sind. Vorzugsweise sind im Speicher Korrekturwerte für jedes 1 °-Intervall des 36O ° umfassenden Vollkreises gespeichert. Im Speicher können entweder den verschiedenen Piichtungswerten zugeordnete Korrekturwerte oder bereits vollständige korrigierte Richtungswerte gespeichert sein. Falls Korrekturwerte gespeichert sind, so wird der Speicner durch das jeweilige Anzeigesignal des Kompasses adressiert und der dadurch ausgelesene Korrekturwert wird in einem Rechner mit dem Kompaßanzeigesignal zwecks Herstellung eines korrigierten Ausgangssignals kombiniert, welch letzteres angezeigt oder in anderer V/eise ausgewertet werden kann. Sind fertige korrigierte Richtungswerte im Speicher gespeichert, so adressiert das jeweilige Kompaßanzeigesignal den Speicher, der sodann den zuge-

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hörigen korrigierten Richtungswert direkt zum Zwecke der Anzeige oder anderweitigen Auswertung ausgibt.

Zur Programmierung des Speichers findet vorzugsweise ein Kreiselkompaß oder eine anaere, stabile und von Deviationswirkungen freie Ricntungswerte liefernde Einrichtung Anwendung. Die Richtungsinformation des Kreiselkompasses und aie Anzeigeinformation des digitalen Magnet kornpasse s weraen in einer Logikschaltung miteinander verglichen, die dann den richtigen Korrekturwert bzw. korrigierten Viert ermittelt und in den Speicher einschreibt, Wänrena dieses Eichvorgangs wird das betreffende Schiff, auf welchem der digitale Magnetkompaß untergebracht ist, auf einem Kreiskurs gesteuert, so daß der Deviationsfehler des Magnetkompasses für alle möglihen Kompaßrichtungen ermittelt werden kann. In bestimmten Intervallen erzeugt die Logiksehaltung ein Schreibtaktsignal, aufgrund dessen der jeweilige Deviationskorrekturwert bzw. korrigierte Ricntungswert in den Speicher eingeschrieben wird. Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit Kompassen der in den US-Patentschriften 3 838 016 und 3 833 901 beschriebenen Art anwendbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach-

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stehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung der

verschiedenen, die Anzeige eines Magnetkompasses beeinflussenden Pehlergrößen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Korrektur

einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer alternativen

Ausführungsform der Korrekturschaltung, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung

zur Programmierung des Speichers der Korrektureinrichtung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form die verschiedenen, einen Magnetkompaß beeinflussenden Fehlergrößen. Ein auf einem Schiff 12 oder einem anderen Fahrzeug angeordneter Magentkompaß 10 nimmt aufgrund der bekannten nordrichtungssuchenden Eigenschaft der Magnetkompasse eine bestimmte

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Orientierung ein. Die Richtung, die vom Schiff eingenommen wird, kann auf der gewöhnlich als Visierlinie bezeichneten Bezugslinie 14 abgelesen werden. Die Kompaßanzeige Q_n entspricht der Richtung des Schiffes.

Im Idealfall würde sich der Kompaß so ausrichten, daß er genau nach geographisch Nord zeigt. Die geographische Nordrichtung ist in Fig. 1 durch den Pfeil angedeutet. Aufgrund verschiedener magnetischer Einflüsse zeigt jedoch der Kompaß gewöhnlich in eine von der wahren Nordrichtung (geographischen Nordrichtung) abweichende Richtung.

Zunächst verlaufen die magnetischen Kraftlinien, nach denen sich der Kompaß ausrichtet, im allgemeinen so, daß magnetisch Nord nicht genau mit geographisch Nord zusammenfällt, wie der Pfeil 18 zeigt. Diese Abweichung zwischen geographisch Nord und magnetisch Nord wird als Deklination bezeichnet und ist durch den Winkel dargestellt. Die Größe dieser Deklination ändert sich langsam mit dem geographischen Standort.

Die zweite Hauptfehlerquelle entsteht durch die Wechselwirkung des Erdmagnetfelds mit verschiedenen, aus magnetischen Materialien bestehenden Konstruktionsteilen des Schiffes oder Gegenständen an Bord des

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Schiffes 12, die bewirkt, daß der Kompaß, wie der Pfeil 20 zeigt, in eine von magnetisch Nord abweichende Richtung zeigt. Dieser Fehler wird Deviation genannt und ist in Fig. 1 mit § bezeichnet. Da die Deviation durch magnetische Teile an Bord des Schiffes 12 hervorgerufen wird, ändert sich die Größe dieser Deviation mit der Richtungslage des Schiffes, da sich damit die Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und diesen magnetischen Teilen ändert. Der tatsächliche Winkel zwischen der Schiffsrichtung und geographisch Nord, der mit Θ bezeichnet ist, wird durch Addition oder Subtraktion der Deklination φ _v und der Deviation <| _D zu oder von der jeweiligen Kompaßanzeige θ _η bestimmt.

Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild die erfindungsgemäße einrichtung zur Kompensation von Deviationsfehlern des Ausgangssignals eines digitalen Magnetkompasses. Ein Digitalkompaß 30, beispielsweise der in den eingangs erwähnten Patentschriften beschriebenen Art, erzeugt die jeweilige Kompaßanzeige darstellende Digitalsignale, die über ein Kabel 32 zu einer Deviationskorrekturschaltung 34 gelangen. Wenn das Schiff während seiner Fahrt unterschiedliche Richtungen einnimmt, erzeugt der Kompaß 30 entsprechend unterschiedliche Digitalsignale, die jeweils diese Richtungen darstellen. Diese Ausgangssignale des Kompasses

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werden dem Adresseneingang eines Pestspeichers 36 und einem Eingang eines Rechners 38 zugeführt. Aufgrund eines Eingangssignals stellt der Festspeicher 36 an seinem Ausgang diejenigen Daten bereit, die an der dem jeweiligen Kompaßanzeigewert zugeordneten Stelle des Pestspeichers gespeichert sind. Diese Daten entsprechen Deviationskorrekturwerten, die vorher fest im Festspeicher 36 eingespeichert worden sind, wie später noch im einzelnen beschrieben wird. Der Rechner 3B erhält sowohl die Anzeigewertdaten vom Kompaß 30 als auch die Deviationskorrekturaaten vom Festspeicher 36 und kombiniert diese Daten derart, daß ein deviationskorrigiertes Ausgangssignal entsteht, das einer Anzeigeeinrichtung zwecks Anzeige der korrigierten Kompaßrichtung oder einer anderen, die Kompaßanzeigeinformation verarbeitenden Einrichtung zugeführt wird.

Dem Rechner 38 können außerdem aus einer geeigneten Quelle k2 Signale zugeführt werden, welche die örtliche magnetische Deklination darstellen. Der Rechner 38 kombiniert dann die Deklinationskorrektursignale mit dem deviationskorrigierten Ausgangssignal, so daß sowohl Deklinations- als auch Deviationsfehler kompensiert werden. Die digitalen Ausgangssignale des Rechners 38 stellen deshalb die korrigierte, auf geographisch Nord bezogene

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Kompaßanzeige dar. Die, die Deklinationskorrektursignale liefernde Quelle 42 kann beispielsweise durch Daumnradscnalter realisiert sein, mittels welcher der Wert der örtlichen magnetischen Deklination einstellbar ist. Die in Fig. 2 wiedergegebene Schaltung stellt also eine billige und einfache Anordnung zur automatischen Kompensation magnetischer Fehler im Ausgangssignal des Kompasses 30 zum Zwecke der Erzeugung einer deviations- oder deviations- und deklinationskorrigierten Kompaßanzeige dar, ohne daß weitere rechnerische Korrekturen vorgenommen zu werden brauchen.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Deviationskorrekturschaltung 34, bei welcher die, die jeweilige Kompaßanzeige darstellenden Digitaldaten des Kompasses 30 unmittelbar den Adresseneingängen eines Festspeichers 44 zugeführt werden. Der Festspeicher 44 gibt sodann unmittelbar die deviationskorrigierte Kompaßanzeige aufgrund der ihm eingegebenen Kompaßdaten aus. Bei der Schaltung nach Fig. 3 muß der Festspeicher natürlich eine größere Kapazität als der Festspeicher in Fig. 2 haben, da er im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 2 nicht nur die Korrekturwerte, sondern die gesamten korrigierten Richtungswerte aufnehmen muß.

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In Pig, 4 ist eine Einrichtung dargestellt, mittels welcher die Deviationskorrekturinformation im Festspeicher 36 eingespeichert wird. Da Deviationskorrekturen für jedes Schiff unterschiedlich sind, ist es besonders wünschenswert, eine einfache, sehneile und zuverlässige Anordnung zur Bestimmung der jeweils richtigen Deviationskorrekturwerte und zum Einspeichern dieser Korrekturwerte in den Pestspeicher 36 zur Verfügung zu haben. Die in Fig. 4 dargestellte Eicheinrichtung 46 erfüllt diese Forderungen und wird vorübergehend an Bord des Schiffes gebracht, um die Anfangseichung der Korrekturschaltung vorzunehmen. Vorzugsweise enthält die Eicheinrichtung 46 einen Kreiselkompaß 48 oder ein anderes Instrument, mittels dessen eine wahre (auf geographisch Nord bezogene) Richtungsinformation unabhängig von den, den Kompaß 30 beeinflussenden magnetischen Fehlern erhältlich ist. Die vom Kreiselkompaß 48 abgeleitete Richtungsinformation wird einer Korrekturrechner- und Speicherlogik 50 zugeführt, die über geeignete Verbindungen mit der Korrekturschaltung 40 verbunden ist.

Zur anfänglichen Einspeicherung der jeweils richtigen Korrekturwerte in den Festspeicher 36 der Korrekturschal tung 34 wird die Eicheinrichtung 46 zeitweise in der dargestellten Weise mit der Korrekturschaltung 34 verbunden.

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Danach wird das Scniff auf einem Xreiskurs gesteuert, wodurch erreicht wird, daß die Kursrichtung des Schiffes alle möglichen Kurswerte eines 3t>0 ° umfassenden VoIl-Kreises durcnläuft. Während sich die Schiffsrichtung ändert, wird die Ausgangsanzeige des Kompasses 30, welcne die Schiffsrichtung, xiiit den magnetischen Deviations- und Deklinationsfehlern darstellt, mit der wahren, durch den Kreiselkompaß *t8 gelieferten Richtungsanzeige in der Logik 50 verglichen. Aufgrund dieses Vergleiches errechnet die Logik 50 den De viat ionskorrekt urv/ert, der dann den Eingängen des Pestspeichers 36 zugeführt wird. In bestimmten gewählten Intervallen erzeugt die Logik 50 ein Taktsignal, das der Schreib-Torschaltung des Festspeichers 36 zugeführt wird und das Einschreiben des gerade errechneten Deviationskorrekturwertes in den Speicher gestattet. Die Wiederholungsfrequenz der Taktsignale und die sich daraus ergebende Anzahl der einzelnen, im Pescspeicher 36 gespeicherten Deviationskorrekturwerte hängt von der Genauigkeit, mit welcher die Korrektur des Kompasses 30 erfolgen soll, bzw. vom Auflösungsvermögen des Kompasses ab. Bei Anwendung der Efindung kann die Korrektur onne weiteres für jeweils 1 Ricntungsänderung vorgesehen werden.

Gewünschtenfalls kann die Eicheinrichtung Ί6 eine Deklinationskorrekturschaltung 52 enthalten, die der

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Logik 50 mit den deviationskorrigierten Signalen zu kombinierende Signale zuführt, so daß auch die Einflüsse der örtlichen magnetischen Deklination kompensiert werden. Es ist auch zu erwähnen, daß die Eicheinrichtung 46 ohne weiteres so ausgebildet sein kann, daß sie deviationskorrigierte Anzeigedaten zur Einspeieherung in den Pestspeicher 44 der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform liefert.

Die Korrekturschaltung kann mittels verschiedener, an sich bekannter Techniken realisiert werden, wobei auch verschiedene Abwandlungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen denkbar sind.

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Claims

-y-

Patentansprüche

flj Verfahren zur DeviationsKorrektur der die jeweilige Kompaßrichtung darstellenden Anzeigesignale eines digitalen Magnetkompasses, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst üeviationsKorrekturwerte für jede von einer Vielzahl von Äompaßrichtungen ermittelt und als Deviationskorrektursignale gespeichert werden und daß jeweils aufgrund eines vom Kompaß gelieferten Anzeigesignals das der jeweils angezeigten Kompaßrichtung zugeordnete Deviationskorrektursignal abgerufen und zwecks Erzeugung eines deviationskorrigierten, die tatsächliche Kompaßrichtung darstellenden Ausgangssignals mit dem Anzeigesignal Kombiniert wird.
2. Verfanren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Deviationskorrekturwerte der Kompaß um 360 ° gedreht wird, wobei die von ihm für die einzelnen Kompaßrichtungen gelieferten Anzeigesignale mit den jeweils wahren Richtungswerten verglichen und daraus der jeweilige Deviationskorrekturwert abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des jeweiligen Deviationskorrekturwerts die Differenz zwischen dem jeweiligen Anzeigesignal des

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Kompasses und einem den jeweils zugehörigen wahren Richtungswert darstellenden Signal errechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeicnnet, daß zur Erzeugung eines die wahre, auf geographisch Nord bezogene Xompaßrichtung darstellenden Ausgangssignals das jeweilige Anzeigesignal des Kompasses außer mit dem Deviationskorrektursignal auch mit einem die jeweilige magnetische Deklination darstellenden Signal kombiniert wird.
5. Verfahren zur Deviationskorrektur der die jeweilige Kompaßrichtung darstellenden Anzeigesignale eines digitalen Magnetkompasses, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst für jede von einer Vielzahl von Kompaßrichtungen die Deviation ermittelt und daraus zu jedem möglichen Anzeigesignal des Kompasses der zugehörige wahre Richtungswert errechnet und gespeichert wird und daß sodann jeweils aufgrund eines vom Kompaß gelieferten Anzeigesignals der diesem zugeordnete, gespeicherte wahre Richtungswert als Ausgangssignal abgerufen wird.
6. Einrichtung zur Deviationskorrektur der die jeweilige Kompaßrichtung darstellenden Anzeigesignale eines digitalen Magnetkompasses nach dem Verfahren nach

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einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Speicher (36) zum Speichern von jeweils einer bestimmten Kompaßrichtung zugeordneten Deviationskorrektursignalen und durch einen Rechner (38), der jeweils aufgrund eines vom Kompaß (30) gelieferten Anzeigesignals aus diesem und dem jeweils zugehörigen, aus dem Speicher (36) ausgelesenen Deviationskorrektursignal ein deviationskorrigiertes, den wahren Richtungswert darstellendes Ausgangssignal erzeugt.
7. Einrichtung zur Deviationskorrektur der die jeweilige Kompaßrichtung darstellenden Anzeigesignale eines digitalen Magnetkompasses nach dem Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Speicher (4¹I) zum Speichern deviationskorrigierter Richtungswerte, die jeweils einem der möglichen Anzeigesignale des Kompasses (30) zugeordnet sind und von denen jeweils beim Empfang eines vom Digitalkompaß gelieferten Anzeigesignals der zugehörige, deviationskorrigierte wahre Richtungswert als Ausgangssignal ausgegeben wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (42) zur Bereitstellung von die magnetische Deklination darstellenden Signalen vorgesehen sind und daß der Rechner (38) diese zusammen mit

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dem jeweiligen Deviationskorrektursignal mit dem jeweils vom Kompaß gelieferten Anzeigesignal zv/ecks Erzeugung eines den deviationskorrigierten, auf geographisch Nord bezogenen Richtungswertes darstellenden Ausgangssignals kombiniert.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (42) zur Bereitstellung von die magnetische Deklination darstellenden Signalen einen oder mehrere Schalter zur Einstellung des Deklinationswertes aufweisen.
10. Einrichtung nach enem der Ansprüche 6 bis 9» gekennzeichnet durch eine digitale Anzeigeeinrichtung (40) zur Anzeige des deviationskorrigierten Ausgangssignals.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 8

bis 10, gekennzeichnet durch eine Eicheinrichtung (¹Io), die Mittel (48) zur Erzeugung von den jeweils wahren Richtungswert darstellenden Signalen und durch eine Schaltung (50), welche die den wahren Richtungswert darstellenden Signale mit den jeweils entsprechenden, vom Kompaß (30) gelieferten AnzeigeSignalen vergleicht und die die Differenz zwischen diesen beiden Signalen darstellende Deviationskorrektursignale ermittelt und in den Speicher (36) einspeichert.

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12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der die wahren Richtungswerte darstellenden Signale ein Kreiselkompaß (48) dient.
13. einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Eicheinrichtung, die Mittel zur Erzeugung von die jeweils wahren Richtungswerte darstellenden Signalen enthält und welche während einer Drehung des Kompasses (30) um 360 ° für jedes vom Kompaß gelieferte Anzeigesignal den entsprechenden wahren Richtungswert in den Speicher (¹I¹*) einspeichert.
I¹*. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eicheinrichtung (46) .Mittel (52) zur Berücksichtigung der magnetischen Deklination enthält.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis I¹I, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (36, ¹I¹J) ein Pestspeicher ist.

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