DE2727132C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Deviations- und Deklinationskorrektur der Ausgangssignale eines digitalen Magnetkompasses gemäß dem Oberbegriff der An­ sprüche 1-3.

Magnetkompasse sind verschiedenen äußeren Einflüssen ausgesetzt, die Fehler in der Kompaßanzeige hervorrufen. Eine wesentliche Fehlerquelle ist die magnetische Deviation, wobei es sich um eine Abweichung der Kompaßanzeige vom wahren Richtungswert infolge von magnetischen Störungen handelt, die vom Schiff selbst oder seiner Ausrüstung ausgehen. Diese Deviation ist eine für jedes Schiff verschiedene spezifische und als Funktion der Schiffsrichtung veränderliche Größe. Eine weitere Fehlerquelle ist die magnetische Deklination, wobei es sich um die Abweichung der Feldlinienrichtung des Erdmagnetfeldes von der geographischen Nordrichtung handelt. Diese Deklination ist eine Funktion des geographischen Stand­ ortes.

Aus einem Aufsatz "Kompensation magnetischer Störfelder in Flugzeugen" in der Zeitschrift "Interavia"; 8/1963, Seiten 1238/1239, sind zwei Vorschläge zur Bewältigung des Deviationsproblems bekannt: Danach besteht eine Möglichkeit in der Erzeugung von Kompensationsfeldern durch kleine strom­ durchflossene Spulen, welche die flugzeugspezifischen Stör­ felder aufheben sollen, und eine andere Möglichkeit ist die Ermittlung des Fehlerwertes zu jedem möglichen Kompaß­ wert und dann die Erzeugung eines entsprechenden Gegen­ signals zum Fehlerwert für jeden Kompaßkurs mit Hilfe einer einstellbaren mechanischen Abtastvorrichtung im Übertragungs­ weg zwischen Meßwertgeber und Meßwertanzeige. Beide Möglich­ keiten sind aufwendig und deshalb beispielsweise für kleine Segeljachten nicht geeignet.

Aus der DE-OS 22 03 624 ist ein Eichsystem für magnetische Detektoren in Form sogenannter Magnetflußrohre bekannt, wobei die Eichung durch magnetische Veränderung der magneti­ schen Detektoren selbst erfolgt, so daß diese also mit einem dem Deviationsfehler entsprechenden Fehler umgekehrten Vorzeichens reagieren und dadurch ein deviationskompensiertes Meßergebnis abgeben sollen. Auch hier handelt es sich um eine komplizierte Technik, die für kleinere und preiswerte Kompaßsysteme nicht geeignet ist.

Die DE-OS 20 05 818 schlägt eine digitale Kompaßanord­ nung mit digitaler Anzeige vor, bei welcher die Ablesung des Kurswertes durch Impulszählung erfolgt und wobei eine Deklinationskorrektur in der Weise stattfindet, daß der Anfangszähler der Impulszählung zwecks Berücksichtigung des jeweiligen Deklinationswertes mit Hilfe von Einstell­ rändelscheiben veränderbar ist. Eine Deviationskorrektur kann durch zusätzliche Magnete an den Magnetfeldsensoren erfolgen.

In der Praxis erfolgt auf kleinen Sportbooten und dgl., die mit Magnetkompassen ausgerüstet sind, die Berücksichti­ gung von Deklination und Deviation bei dem vom Magnetkompaß abgelesenen unkorrigierten Kurswert rechnerisch mit Hilfe der auf den Navigationskarten stets angegebenen örtlichen Deklination und der aus einer Tabelle entnommenen Deviation. Die Deviationskorrekturwerte sind dabei für die verschiedenen Kompaßrichtungen, beispielsweise in Intervallen von jeweils 10° in einer für das betreffende Schiff gültigen Deviations­ korrekturtabelle angegeben. Da die Schiffsrichtung sich aber häufig ändern kann, ist eine solche rechnerische Deviations­ korrektur eine lästige Angelegenheit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine automatische Deviations- und Deklinationskorrektur für einfache digitale Magnetkompasse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß sieht die Erfindung, kurz zusammengefaßt, eine zwischen den digitalen Magnetkompaß und die Anzeige­ einrichtung bzw. eine andere, die Ausgangssiganle des Kompasses auswertende Einrichtung geschaltete Korrektur­ schaltung vor, die die jeweiligen Korrekturwerte zum unkorrigierten Kompaßausgangssignal hinzuaddiert bzw. von diesem subtrahiert. Die Korrekturschaltung enthält einen Speicher, beispielsweise einen Festspeicher, in welchem die zu den verschiedenen Kompaßausgangssignale gehörenden Korrekturwerte gespeichert sind. Im Speicher können zum Beispiel Korrekturwerte für jedes 1°-Intervall des 360° umfassenden Vollkreises gespeichert werden. Im Speicher können entweder den verschiedenen Kompaßausgangs­ signalen zugeordnete Korrekturwerte oder bereits vollständig korrigierte Richtungswerte gespeichert sein. Falls Korrektur­ werte gespeichert sind, so wird der Speicher durch das jeweilige Anzeigesignal des Kompasses adressiert und der dadurch ausgelesene Korrekturwert wird in einem Rechner mit dem Kompaßausgangssignal zwecks Herstellung eines korrigierten Richtungswertes kombiniert, welch letzterer angezeigt oder in anderer Weise ausgewertet werden kann. Sind fertig korrigierte Richtungswerte im Speicher gespeichert, so adressiert das jeweilige Kompaßausgangssignal den Speicher, der sodann den zugehörigen korrigierten Richtungswert direkt zum Zwecke der Anzeige oder anderweitigen Auswertung ausgibt.

Zur Programmierung des Speichers findet vorzugsweise ein Kreiselkompaß oder eine andere, stabile und von Deviations­ wirkungen und Deklinationsfehlern freie Richtungswerte liefernde Einrichtung Anwendung. Die Richtungsinformation des Kreiselkompasses und die Anzeigeinformation des digitalen Magnetkompasses werden in einer Logikschaltung miteinander verglichen, die dann den richtigen Korrekturwert bzw. korrigierten Wert ermittelt und in den Speicher einschreibt. Während dieses Programmiervorgangs wird das betreffende Schiff, auf welchem der digitale Magnetkompaß untergebracht ist, auf einem Kreiskurs gesteuert, so daß die Werte für alle möglichen Kompaßeinrichtungen ermittelt werden können.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­ stehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der verschiedenen, die Anzeige eines Magnetkompasses beeinflussenden Fehlergrößen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Korrektur­ einrichtung,

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 Magnetkompaß 10 nimmt aufgrund der bekannten nordrichtungs­ suchenden Eigenschaft der Magnetkompasse eine bestimmte Orientierung ein. Die Richtung, die vom Schiff eingenommen wird, kann auf der gewöhnlich als Visierlinie bezeichneten Bezugslinie 14 abgelesen werden. Die Kompaßanzeige R _C entspricht der Richtung des Schiffes.

Im Idealfall würde sich der Kompaß so ausrichten, daß er genau nach geographisch Nord zeigt. Die geo­ graphische Nordrichtung ist in Fig. 1 durch den Pfeil 16 angedeutet. Aufgrund verschiedener magnetischer Einflüsse zeigt jedoch der Kompaß gewöhnlich in eine von der wahren Nordrichtung (geographischen Nordrichtung) ab­ weichende 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 Φ _V 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 Konstruktions­ teilen des Schiffes oder Gegenständen an Bord des 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 Φ _D bezeichnet. Da die Deviation durch magnetische Teile an Bord des Schiffes 12 hervor­ gerufen wird, ändert sich die Größe dieser Deviation mit der Richtungslage des Schiffes, da sich damit die Wechsel­ wirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und diesen magnetischen Teilen ändert. Der tatsächliche Winkel zwischen der Schiffsrichtung und geograhisch Nord, der mit R bezeichnet ist, wird durch Addition oder Subtraktion der Deklination Φ _V und der Deviation Φ _D zu oder von der jeweiligen Kompaßanzeige R _C bestimmt.

Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild die Einrichtung zur Kompensation von Fehlern des Ausgangssignals eines digitalen Magnetkompasses. Ein Digitalkompaß 30 erzeugt die jeweilige Kompaßanzeige darstellende Digitalsignale, die über ein Kabel 32 zu einer Korrekturschaltung 34 gelangen. Wenn das Schiff während seiner Fahrt unterschied­ liche Richtungen einnimmt, erzeugt der Kompaß 30 ent­ sprechend unterschiedliche Digitalsignale, die jeweils diese Richtungen darstellen. Diese Ausgangssignale des Kompasses werden dem Adresseneingang eines Speichers 36 z. B. eines Festspeichers und einem Eingang einer Rechenschaltung 38 zugeführt. Aufgrund eines Eingangssignals stellt der Speicher 36 an seinem Ausgang diejenigen Daten bereit, die an der dem je­ weiligen Kompaßausgangssignal zugeordneten Stelle des Fest­ speichers gespeichert sind. Diese Daten entsprechen Deviationskorrekturwerten, die vorher fest im Speicher 36 eingespeichert worden sind, wie später noch im einzelnen beschrieben wird. Die Rechenschaltung 38 erhält sowohl die Kompaßausgangssignale vom Kompaß 30 als auch die Deviationskorrekturdaten vom Speicher 36 und kom­ biniert diese Daten derart, daß ein deviationskorrigiertes Ausgangssignal entsteht, das einer Anzeigeeinrichtung 40 zwecks Anzeige des korrigierten Richtungswertes oder einer anderen, die Kompaßanzeigeinformation verarbeitenden Ein­ richtung zugeführt wird.

Der Rechenschaltung 38 werden außerdem aus einer Deklinationswert­ quelle 42 Signale zugeführt, welche die örtliche magnetische Deklination darstelllen. Die Rechenschaltung 38 kom­ biniert dann die Deklinationskorrektursignale mit dem deviationskorrigierten Ausgangssignal, so daß sowohl Deklinations- als auch Deviationsfehler kompensiert werden. Die digitalen Ausgangssignale der Rechenschaltung 38 stellen deshalb die korrigierte, auf geographisch Nord bezogene Kompaßanzeige dar. Die, die Deklinationskorrektur­ signale liefernde Deklinationswertquelle 42 kann beispielsweise durch Daumenradschalter 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- und deklinationskorrigierten Kompaß­ anzeige dar, ohne daß weitere rechnerische Korrekturen vorgenommen zu werden brauchen.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Korrekturschaltung 34, bei welcher die, die jeweilige Kompaßanzeige darstellenden Digitaldaten des Kompasses 30 unmittelbar den Adresseneingängen eines Speichers 44, z. B. einem Festspeicher zugeführt werden. Der Speicher 44 gibt sodann unmittelbar die korrigierten Richtungswerte aufgrund der ihm eingegebenen Kompaßausgangssignale aus. Bei der Schaltung nach Fig. 3 muß der Speicher 44 natürlich eine größere Kapazität als der Speicher 36 in Fig. 2 haben, da er im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 2 nicht nur die Korrekturwerte, sondern die gesamten korrigierten Richtungswerte aufnehmen muß.

In Fig. 4 ist eine Einrichtung dargestellt, mittels welcher die Korrekturinformation im Speicher 36 eingespeichert wird. Da Deviationskorrekturen für jedes Schiff unterschiedlich sind, ist es besonders wünschenswert, eine einfache, schnelle und zuverlässige Anordnung zur Bestimmung der jeweils richtigen Deviations­ korrekturwerte und zum Einspeichern dieser Korrekturwerte in den Speicher 36 zur Verfügung zu haben. Die in Fig. 4 dargestellte Programmiereinrichtung 46 erfüllt diese Forderungen und wird vorübergehend an Bord des Schiffes gebracht, um die Programmierung der Korrekturschaltung vor­ zunehmen. Vorzugsweise enthält die Programmiereinrichtung 46 einen Kreiselkompaß 48 oder ein anderes Instrument, mittels dessen eine wahre (auf geographisch Nord bezogene) Richtungsinfor­ mation unabhängig von den, den Kompaß 30 beeinflussenden magnetischen Fehlern erhältlich ist. Die vom Kreiselkom­ paß 48 abgeleitete Richtungsinformation wird einer Rechenschaltung 50 zugeführt, die über geeignete Verbindungen mit der Korrekturschaltung 34 verbunden ist.

Zur anfänglichen Einspeicherung der jeweiligen Korrekturwerte in den Speicher 36 der Korrekturschal­ tung 34 wird die Programmiereinrichtung 46 zeitweise in der dar­ gestellten Weise mit der Korrekturschaltung 34 verbunden.

Danach wird das Schiff auf einem Kreiskurs gesteuert, wo­ durch erreicht wird, daß die Kursrichtung des Schiffes alle möglichen Kurswerte eines 360° umfassenden Voll­ kreises durchläuft. Während sich die Schiffsrichtung ändert, wird das Ausgangssignal des Kompasses 30, welches die Schiffsrichtung mit den magnetischen Deviations- und Deklinationsfehlern darstellt, mit der wahren, durch den Kreiselkompaß 48 gelieferten Richtungsanzeige in der Rechenschaltung 50 verglichen. Aufgrund dieses Vergleiches errechnet die Rechenschaltung 50 den Deviationskorrekturwert, der dann den Eingängen des Speichers 36 zugeführt wird. In bestimmten gewählten Intervallen erzeugt die Rechenschaltung 50 ein Taktsignal, das der Schreib-Torschaltung des Speichers 36 zugeführt wird und das Einscheiben des gerade errechneten Deviations- Korrekturwertes in den Speicher gestattet. Die Wieder­ holungsfrequenz der Taktsignale und die sich daraus ergebende Anzahl der einzelnen, im Speicher 36 gespeicherten Deviationskorrekturwerte hängt von der Genauigkeit, mit welcher die Korrektur des Kompasses 30 erfolgen soll, bzw. vom Auflösungsvermögen des Kompasses ab. Die Korrektur kann ohne weiteres für jeweils 1° Richtungsänderung vorgesehen werden.

Die Programmiereinrichtung 46 kann eine Deklinationskorrekturschaltung 52 enthalten, die der Rechenschaltung 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 Programmiereinrichtung 46 ohne weiteres so ausgebildet sein kann, daß sie deviations­ korrigierte Anzeigedaten zur Einspeicherung in den Speicher 44 der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform liefert.

Claims (4)

1. Elektrische Einrichtung zur Deviations- und Dekli­ nationskorrektur der Ausgangssignale eines digitalen Magnet­ kompasses, mit einer Deklinationswertquelle (42; 52), die einen jeweils einstellbaren Deklinationswert liefert, gekennzeichnet durch einen Speicher (36) für Deviationswerte, in welchem zu jedem unkorrigierten Kompaßausgangssignal ein zugehöriger Deviationskorrekturwert speicherbar ist und der durch die unkorrigierten Kompaßausgangssignale adressier­ bar ist, um den jeweiligen Deviationskorrekturwert abzu­ rufen, und durch eine Rechenschaltung (38), die in Abhängig­ keit von der Speicheradressierung und dem zugeführten Deklinationswert den jeweils wahren, deviations- und deklinationskorrigierten Richtungswert als Ausgangssignal ausgibt.

2. Elektrische Einrichtung zur Deviations- und Dekli­ nationskorrektur der Ausgangssignale eines digitalen Magnetkompasses, mit einer Deklinationswertquelle (42; 52), die einen jeweils einstellbaren Deklinationswert liefert, gekennzeichnet durch einen Speicher (36), in welchem zu jedem möglichen unkorrigierten Kompaßausgangssignal ein um einen zugehörigen Deviationskorrekturwert korrigierter Richtungswert speicherbar ist und der durch die unkorrigierten Kompaßausgangssignale adressierbar ist, um den jeweiligen, um einen zugehörigen Deviationskorrekturwert korrigierten Richtungswert abzurufen, und durch eine Rechenschaltung (38), die in Abhängigkeit von der Speicheradressierung und dem zugeführten Deklinationswert den jeweils wahren, deviations- und deklinationskorrigierten Richtungswert als Ausgangssignal ausgibt.

3. Elektrische Einrichtung zur Deviations- und Dekli­ nationskorrektur der Ausgangssignale eines digitalen Magnet­ kompasses, gekennzeichnet durch einen Speicher (44), in welchem zu jedem möglichen unkorrigierten Kompaßausgangs­ signal ein um einen zugehörigen Deviationskorrekturwert und einen vorgebbaren Deklinationswert korrigierter Rich­ tungswert speicherbar ist und der durch die unkorrigierten Kompaßausgangssignale adressierbar ist, um den jeweiligen wahren, deviations- und deklinationskorrigierten Richtungs­ wert als Ausgangssignal abzurufen.

4. Programmiereinrichtung zur Programmierung des Speichers der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kreiselkompaß (48) zur Erzeugung von den jeweils wahren Richtungswert darstellenden Signalen sowie durch eine Rechenschaltung (50), welcher vom Kreiselkompaß die den wahren Richtungswert darstellenden Signale und vom digitalen Kompaß (30) die jeweils entsprechenden, fehlerbehafteten unkorrigierten Kompaßausgangssignale sowie gegebenenfalls ein Deklinationskorrekturwert zugeführt wird und welche daraus den in den Speicher (36; 44) für jeden Kurswert ein­ zuspeichernden Wert berechnet und diesen in den Speicher (36; 44) einspeichert.