DE2741274A1 - Geraet zur automatischen bestimmung der nordrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWALT!· 27^12/4

Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE . Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH 41 · D 5620 VELBERT 11 - LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, 7770 Uberlingen/Bodensee

Gerät zur automatischen Bestimmung der Nordrichtung

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur automatischen Bestimmung der Nordrichtung mittels eines von der Erddrehung beeinflußten Kreisels.

Es sind Meridiankreisel bekannt, bei denen die Drallachse des Kreisels ständig horizontal gehalten wird, beispielsweise indem das Gehäuse des Kreisels an einem Band aufgehängt wird. Dabei wirkt auf den Kreisel ein durch die Erddrehung hervorgerufendes Kreiselrichtmoment, welches den Kreisel mit seiner Drallachse nach Nord auszurichten sucht. Um den mit dem Einschwingen des Kreisels in die Nordrichtung verbundenden Zeitaufwand zu vermeiden, ist es bei einem solchen bandaufgehängten Meridiankreisel weiterhin bekannt, die Auslenkung des Kreisels aus einer Nullage mittels eines Abgriffs abzugreifen und das Abgriffsignal mit entsprechend hoher Verstärkung auf einen Drehmomenterzeuger aufzuschalten, der auf den Kreisel ein dem Kreiselrichtmoment entgegenwirkendes Drehmoment um die vertikale Bandachse ausübt. Es wird somit der Kreisel elektrisch an die Nullage gefesselt und praktisch das Kreiselrichtmoment

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durch ein Gegenmoment kompensiert. Das verstärkte Abgriffsignal, das dem Drehmomenterzeuger zugeführt wird, ist dann proportional dem Kreiselrichtmoment. Aus diesem Signal kann auf die Nordabweichung, d.h. die Abweichung der Nullage des Kreisels von der Nordrichtung, geschlossen werden. Da das Kreiselrichtmoment dem Kosinus der geographischen Breite proportional ist, muß diese bei der Bestimmung der Nordabweichung berücksichtigt werden. Üblicherweise erfolgt bei diesem bekannten Meridiankreisel eine Vorausrichtung der Kreiseldrallachse nach Nord.

Es ist weiter bekannt, bei einem elektrisch gefesselten Kreisel mit horizontaler Drallachse das Kreiselrichtmoment bei zwei um einen kleinen Winkel gegeneinander versetzten Azimutwinkeln der Drallachse zu messen. Die dabei erhaltenen Werte werden in einen Analogrechner eingegeben, der daraus die Nordabweichung unabhängig von der geographischen Breite ermitteln soll. Bei dieser bekannten Anordnung sind zwei nacheinander erfolgende Messungen mit zwischenzeitlicher Verdrehung des Kreisels um einen festen Winkel im Azimut erforderlich. Das die Nordabweichung darstellende Signal ergibt sich als Differenz zweier im Vergleich dazu großer Signale, so daß die Genauigkeit dieser Messung sehr beschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur automatischen Bestimmung der Nordrichtung mittels eines von der Erddrehung beeinflußten Kreisels so auszubilden, daß es die Nordrichtung mit einer Messung und unabhängig von der geographischen Breite liefert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kreisel ein zweiachsiger, elektrisch gefesselter Kreisel ist, dessen Drallachse im wesentlichen vertikal liegt und der an seinen beiden zueinander und zu der Drallachse senkrechten Eingangsachsen je einen Lageabgriff und einen Drehmomenterzeuger

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aufweist, wobei das Signal jedes einer Eingangsachse zugeordneten Lageabgriffs überkreuzt auf den Drehmomenterzeuger der jeweils anderen Eingangsachse geschaltet ist, und daß die den beiden Drehmomenterzeugern zugeführten Signale gleichzeitig auf einen Nordabweichungsrechner geschaltet sind, welcher aus dem Verhältnis der Signale ein die Abweichung einer gerätefesten Referenzrichtung von Nord wiedergebendes Signal liefert.

Wenn die Referenzrichtung des Kreisels, üblicherweise eine der Eingangsachsen, von der Nordrichtung abweicht, dann wirken auf beide Eingangsachsen des Kreisels Komponenten der Erddrehung gegenüber dem inertialen Raum. Jede dieser Komponenten der Erddrehung sucht dem Kreisel eine Präzessionsbewegung um die jeweils andere Eingangsachse zu erteilen. Diesen Präzessionsbewegungen wirken die Drehmomenterzeuger entgegen, die den Kreisel elektrisch an seine Lage fesseln. Die den Drehmomenterzeugern zugeführten Signale stellen jeweils ein Maß für das Präzessionsmoment und damit für die auf die andere Eingangsachse wirksame Komponente der Erddrehung dar. Das Verhältnis der den beiden Drehmomenterzeugern zugeführten Signale liefert ein Maß für die Nordabweichung, wobei sowohl die geographische Breite als auch der Kreiseldrall herausfallen.

Der Nordabweichungsrechner kann zur Bildung eines Signals

Φ ₁ = arc tan ¹

^KTx

eingerichtet sein, wobei

U die Spannung ist, welche dem um die eine Eingangsachse des Kreisels wirkenden Drehmomenterzeuger zugeführt wird,

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K_T die Konstante dieses Drehmomenterzeugers ist,

U die Spannung ist, welche dem um die andere Eingangsachse des Kreisels wirkenden Drehmomenterzeuger zugeführt wird, und

K_T die Konstante des letzteren Drehmomenterzeugers ist.

Wenn die eine Eingangsachse als Referenzrichtung dient und eine Vorausrichtung dieser Eingangsachse nach Nord erfolgt, dann liefert ψ., unmittelbar die Nordabweichung, deren Betrag kleiner als 90° ist.

Wenn eine Vorausrichtung nicht erfolgt, dann kann zur Berücksichtigung der Mehrdeutigkeit der Arcustangensfunktion weiterhin vorgesehen sein, daß der Nordabweichungsrechner eine Quadrantenlogikschaltung zur Bestimmung des Quadranten der Nordabweichung aufweist und auf diese Quadrantenlogikschaltung die beiden den Drehmomenterzeugern zugeführten Signale aufgeschaltet sind, und daß der Nordabweichungsrechner weiterhin einen Quadrantenrechner enthält, auf den das Signal

V * ^Uy
Ψ ₁ = arc tan =-* ^f-

^{1 K}Tx * ^Ux

zusammen mit einem Ausgangssignal der Quadrantenlogikschaltung geschaltet ist und welche zur Erzeugung eines den Quadranten der Nordabweichung berücksichtigenden Nordabweichungssignals Ψ eingerichtet ist.

Die Quadrantenlogikschaltung bestimmt aus den Vorzeichen der den beiden Drehmomenterzeugern zugeführten Signale den Quadranten der Nordabweichung. Der Quadrantenrechner bildet aus dieser Information und aus Ψ₁ die wahre Nordabweichung.

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»\l /4

Es kann beispielsweise durch eine Bandaufhängung mechanisch dafür gesorgt werden, daß die Drallachse des Kreisels stets senkrecht steht. Das führt jedoch wieder zu einer mechanisch empfindlichen und aufwendigen Konstruktion. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird daher die Notwendigkeit einer genauen mechanischen Ausrichtung der Kreiseldrallachse nach der Vertikalen dadurch vermieden, daß mit dem Kreisel eine Beschleunigungsmesseranordnung verbunden ist, welche ein Paar von Fehlersignalen nach Maßgabe der Abweichung der Kreiseldrallachse von der Vertikalen liefert, daß das Ausgangssignal des Nordabweichungsrechners als Schätzwert Ψ der Nordabweichung ψ zusammen mit den Signalen, die den Drehmomenterzeugern zugeführt werden, und den FehlerSignalen der Beschleunigungsmesseranordnung auf einen Fehlersignalrechner geschaltet sind, der unter Zugrundelegung von Schätzwerten der Transformationsparameter zwischen einem kreiselgehäusefesten und einem erdfesten Koordinatensystem zur Berechnung von Fehlersignalen für diese Transformationsparameter eingerichtet ist, wobei die Schätzwerte der Transformationsparameter zunächst durch das Ausgangssignal des Nordabweichungsrechners bestimmt sind, daß die so erhaltenen und ggf. mit einer Wichtung versehenen Fehlersignale einem Korrektursignalrechner zur Berechnung von Korrektursignalen für die Transformationsparameter zugeführt werden, daß ein Transformationsparamterrechner vorgesehen ist, der korrigierte Transformationsparameter liefert, daß diese korrigierten Transformationsparameter ihrerseits in einem geschlossenen Kreis als neue Schätzwerte der Transformationsparameter auf den Fehlersignalrechner für die Berechnung der Fehlersignale aufgeschaltet sind, und daß die korrigierten Transformationsparameter gleichzeitig einem Rechner zur Berechnung der sich daraus ergebenden korrigierten Nordabweichung und/oder einer Funktion derselben zugeführt werden.

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Ein erdfestes Koordinatensystem ist durch Nordrichtung, Ostrichtung und Vertikale definiert. Ein kreiselgehäusefestes Koordinatensystem ist gegeben durch die beiden zueinander senkrechten Eingangsachsen des Kreisels und die Kreiseldrallachse. Die beiden Koordinantensysteme sind durch Transformationsparameter miteinander verkünpft, aus denen sich die wahre Nordabweichung ergibt, die aber zunächst nicht genau bekannt sind. Die Beschleunigungsmesseranordnung liefert Signale nach Maßgabe der Neigung des Kreiselgehäuses zur Vertikalen. Daraus können unter Berücksichtigung der Signale für die Drehmomentgeber des Kreisels Fehlersignale und Korrektursignale für die Transformationsparameter hergeleitet werden. Diese Fehler- und Korrektursignale hängen aber ihrerseits wieder von den Transformationsparametern selbst ab. Der Rechner geht daher folgendermaßen vor: Es werden Schätzwerte für die Transformationsparameter benutzt, und mit diesen und den Signalen der Beschleunigungsmesseranordnung werden Fehlersignale und daraus Korrektursignale für die Transformationsparamter gebildet. Nach Maßgabe dieser Korrektursignale werden in einem geschlossenen Kreis die Schätzwerte der Transformationsparameter korrigiert, was wieder zu einer Korrektur der Fehler- und Korrektursignale führt. Schließlich erfolgt eine Konvergenz zu einem Satz von Transformationsparametern, bei denen die Fehlersignale verschwinden. Als erster Schätzwert wird ein Zustand benutzt, bei dem die Drallachse des Kreisels als senkrecht angenommen und die Nordabweichung durch das Ausgangssignal Ψ des Nordabweichungsrechners gegeben ist. Bei einem analogen Rechner erfolgt durch den geschlossenen Kreis ein Einschwingen der die Transformationsparamter darstellenden Signale in den Endzustand. Ein digital arbeitender Rechner liefert in aufeinanderfolgenden Rechenzyklen konvergierende digitale Ausgangssignale. Aus den so erhaltenen Transformationsparametern wird die wahre Nordabweichung berechnet.

Als Transformationsparameter dienen vorzugsweise die Richtungskosinus.

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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der Kreisel nach Bestimmung der Nordrichtung dadurch gleichzeitig als Kurs-Lage-Referenzgerät benutzt werden, daß die Beschleunigungsmesser fahrzeugfest in einem Fahrzeug angeordnet sind, daß das Gehäuse des Kreisels um 90 um eine der Eingangsachsen des Kreisels verschwenkbar ist und daß ein Rechner vorgesehen ist, welcher aus der durch die Beschleunigungsmesser gelieferten Information über die Lage des Fahrzeugs zur Horizontalen und den von dem Kreisel gelieferten Winkelgeschwindigkeiten um die fahrzeugfesten Eingangsachsen des Kreisels den wahren Kurs des Fahrzeugs berechnet.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung eines Kreisels zur Bestimmung der Nordrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 ist ein zugehöriges Schaltbild.

Fig. 3 veranschaulicht den Verlauf der den Drehmomenterzeugern zugeführten Signale in Abhängigkeit von der Nordabweichung.

Fig. 4 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung und zeigt den Kreisel mit Beschleunigungsmessern zur Feststellung der Abweichung der Kreiseldrallachse von der Vertikalen.

Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild die Signalverarbeitung zur Korrektur des Einflusses der Fehlausrichtung der Kreiseldrallachse.

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Fig. 6 zeigt als Blockschaltbild den durch die Korrekturschaltung von Fig. 5 ergänzten Nordabweichungsrechner.

Fig. 7 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung in der Betriebsweise "Meridiankreisel" .

Fig. 8 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung eines Teils des Gerätes von Fig. 7 in der Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenzgerät".

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines Rechners zur Bestimmung der Lagewinkel und ihrer Winkelfunktionen aus den Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser in dem Gerät von Fig.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild eines Rechners zur Berechnung des wahren Kurswinkels aus den Lagewinkeln und den Winkelgeschwindigkeiten um die Eingangsachsen des Kreisels.

In Fig. 1 ist mit 2o das Gehäuse eines Kreisels bezeichnet, dessen Drallachse z„ vertikal angeordnet ist. Der Kreiseldr, ist mit H bezeichnet. Das Gehäuse 20 ist um eine mit x.

G bezeichnete erste Eingangsachse, die zu der Drallachse z., senkrecht ist, in einem inneren Kardanrahmen 22 gelagert. An dem Kardanrahmen 22 ist ein Abgriff 24 angebracht, welcher auf eine Auslenkung des Gehäuses 20 um die erste Eingangsachse x„ anspricht. Auf der der gegenüberliegenden Seite ist an dem Kardanrahmen 22 ein Drehmomenterzeuger 26 angebracht, durch den auf das Gehäuse 20 ein Drehmoment um die erste Eingangsachse x_

ausübbar ist. Der innere Kardanrahmen 22 ist um eine zweite

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ORIGINAL INSPECTED

Eingangsachse y_, die zu der ersten Eingangsachse x^ senkrecht steht, in einem äußeren Kardanrahmen 28 gelagert. An dem äußeren Kardanrahmen 28 ist ein Abgriff 30 angebracht, der auf eine Auslenkung des inneren Kardanrahmens 22 gegenüber dem äußeren Kardanrahmen 28 um die zweite Eingangsachse y_, anspricht. Auf der gegenüberliegenden Seite ist an dem äußeren Kardanrahmen 28 ein Drehmomenterzeuger 32 angebracht, durch den auf den inneren Kardanrahmen 22 ein Drehmoment um die zweite Eingangsachse y ausübbar ist. Die Abgriffe 24 und 30 und die Drehmomenterzeuger 26 und 32 sind überkreuz miteinander verbunden, d.h. der Abgriff 24 auf der Eingangsachse x_ ist über einen Verstärker 34 auf den Drehmomenterzeuger 32 auf der Eingangsachse y geschaltet, und der Abgriff 30 auf der Eingangsachse y_, ist über einen Verstärker 36 auf den Drehmomenterzeuger 26 auf der Eingangsachse x,, geschaltet. Die Verstärkungsgrade der Verstärker 34 und 36 sind so hoch gewählt, daß das Kreiselgehäuse 20 und die Kardanrahmen 22 und 28 praktisch elektrisch an die in Fig. 1 dargestellten relativen Lagen gefesselt sind.

In Fig. 1 ist angenommen, daß die Drallachse z„ des Kreisels genau senkrecht steht. Die zweite Eingangsachse y_r des Kreisels, die als Referenzrichtung dient, bildet mit der geographischen Nordrichtung 38 einen Winkel ψ , der hier als "Nordabweichung" bezeichnet wird und bestimmt werden soll. In die geographische Nordrichtung 38 fällt eine Komponente *>> cos ψ der Erddrehung, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit

ti Jti

der Erddrehung und Φ die geographische Breite ist. Von dieser Komponente wird wiederum eine Komponente

Q = ω cos Φ sin Ψ (1)

X Cj

an der ersten Eingangsachse x„ und eine Komponente

Q = » . COS Φ COS ψ (2)

y h

909812/0375 " ¹⁰ ~

ORIGINAL INSPECTED

an der zweiten Eingangsachse y„ wirksam. Die durch die Verstärker 34 und 36 verstärkten Abgriffsignale der Abgriffe bzw. 30 erzeugen solche Eingangssignale U bzw. U , daß den durch die Winkelgeschwindigkeitskomponenten U bzw. Q hervorgerufenen Präzessionsmomenten gerade die Waage gehalten wird. Es gilt daher, bei Vernachlässigung von Störmomenten:

U=-
x

(3)

TT _ _

Y K

_Ty

(4)

U Volt die an dem Drehmomenterzeuger 26 anliegende Spannung,

U Volt die an dem Drehmomenterzeuger 32 anliegende Spannung,

^{p cm Volt}

die Konstante des Drehmomenterzeugers 26 und

"¹

K_Ty |p cm Volt¹

d~ie Konstante des Drehmomenterzeugers 32

ist. Aus diesen beiden Spannungen U und U kann daher bei bekannten Konstanten der Drehmomenterzeuger die Nordabweichung ψ bestimmt werden:

^Ux " ^KTy *

cos Φ sin Ψ

Tx

cos φ cos ψ K₁

Ty

tan ψ

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" ¹¹ "

ORIGINAL INSPECTED

K . U

ft Tv y

™ = arc tan ν TT fc\

^KTx ' ^Ux * ⁽⁵⁾

Zu diesem Zweck werden die beiden Spannungen U und U einem

χ y

Nordabweichungsrechner zugeführt. Wenn man annimmt, daß eine Vorausrichtung der Eingangsachse y erfolgt ist, dann kann in dem Nordabweichungsrechner die Nordabweichung φ unmittelbar gemäß Gleichung (5) gebildet und angezeigt werden.

Wenn eine Vorausrichtung nicht erfolgt, der Winkel ψ zwischen Nordrichtung 38 und Eingangsachse also in irgendeinem beliebigen Quadranten liegen kann, muß aus den Vorzeichen der Spannungen U und U zusätzlich dieser Quadrant bestimmt werden. Das wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Diese Figur zeigt die Abhängigkeit der den Drehmomenterzeugern zugeführten Spannungen U und U von dem Winkel Φ zwischen Nordrichtung 38 und Eingangsachse y„. Man sieht, daß im ersten Quadranten U und U positiv sind. Im

y χ

zweiten Quadranten ist U positiv und U negativ. Im dritten Quadranten sind U und U beide negativ, und im vierten Quadranten ist U negativ und U wieder positiv. Einem bestimmten Absolutwert von U , dem im ersten Quadranten der Winkel Ψ₁ zugeordnet ist, ist im zweiten Quadranten der Winkel 180°- 4^, im dritten Quadranten der Winkel 180°+ Ψ._] und im vierten Quadranten der Winkel 360°- Ψ.. zugeordnet.

In Fig. 2 ist der Nordabweichungsrechner für die Bestimmung der Nordabweichung φ ohne Vorausrichtung des Kreisels 20 als Blockdiagramm dargestellt.

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_ri.. _v 909812/0375

Die den Drehmomenterzeugern 26 und 32 von den Verstärkern bzw. 34 zugeführten Spannungen werden gleichzeitig einem Filter 40 für die Fehlerkompensation zugeführt und stehen als Meßspannungen U und U am Eingang des Nordabweichungsrechners 42 zur Verfügung. Der Nordabweichungsrechner 42 enthält eine Rechnereinheit 44, welche den Ausdruck

ψ _{= arc tan}

Tx χ

bildet. Weiterhin liegen die Meßspannungen U und U an einer Quadrantenlogikschaltung 46 an. Die Quadrantenlogikschaltung enthält eine Komparatorschaltung, welche zur Bestimmung der Quadranten der Nordabweichung nach folgenden Kriterien eingerichtet ist:

U_y y 0

0° -Ψ ■'- 90° (I. Quadrant) U_x 7 0

90°i+<180° (II. Quadrant)

U_x . o

u_y < ο

180^O<<K270^O (III. Quadrant) U < 0

270°<ψ<360° (IV. Quadrant)

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Weiterhin enthält der Nordabweichungsrechner 42 einen Quadrantenrechner 48, dem, wie bei 50 angedeutet, Ausgangssignale von der Quadrantenlogikschaltung zugeführt werden, welche den Quadranten der Nordabweichung ψ wiedergeben. Außerdem wird dem Quadrantenrechner 48 das Ausgangssignal Ψ₁ der Rechnereinheit 44 zugeführt. Daraus bildet der Quadrantenrechner 48 das Nordabweichungssignal Ψ in folgender Weise

I. Quadrant : ψ = Ψ ..
II. Quadrant : Ψ = 180°- Ψ .
III. Quadrant : Ψ = 180°+

IV. Quadrant : ψ = 360°- \<i> Λ

Die Komparatorschaltung der Quadrantenlogikschaltung 46 setzt voraus, daß die Spannungen U und U entweder positiv oder negativ sind. Wird eine der Spannungen null, so liefert die Komparatorschaltung keine definierte Aussage. Die Nullstellen der Spannungen U und U entsprechen jedoch, wie aus Fig. 3 erkennbar ist, definierten Werten des Winkels Ψ . Daher weist die Quadrantenlogikschaltung weiterhin eine Nulldetektorschaltung auf, welche zur Feststellung ausgezeichneter Werte des Nordabweichungssignals nach folgenden Kriterien eingerichtet ist:

üy =	O	ψ =	O
üx 7	O
üy7	O	ψ =	90°
üx =	O
üy =	O	ψ =	180°
üx'	O
V	O	ψ =	270°
üx -	O

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ORIGINAL INSPECTED

2V4U74

Das so erhaltene Nordabweichungssignal ψ wird mittels eines Anzeigeinstruments 52 angezeigt, über eine Nachlaufsteuerung 54 wird durch einen Stellmotor 56 eine Kompaßrose oder ein Richtkreis 58 relativ zu dem Gehäuse 20 des Kreisels und einem die Referenzrichtung angebenden Zeiger um einen dem Nordabweichungssignal entsprechenden Winkel verdreht, so daß eine unmittelbare Nordanzeige erhalten wird.

Bei den vorstehenden Betrachtungen war davon ausgegangen worden, daß die Drallachse des Kreisels in Richtung z„, stets genau vertikal ausgerichtet ist. In diesem Fall erzeugt die Vertikalkomponente ω sin Φ der Erddrehung keine Komponente in Richtung der Eingangsachse x_ und y„ des Kreisels. Die mechanische Ausrichtung der Drallachse des Kreisels nach der Vertikalen erfordert erheblichen zusätzlichen Aufwand. Bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsform wird diese Voraussetzung der genauen vertikalen Ausrichtung der Drallachse des Kreisels fallengelassen. Dafür sind an dem Gehäuse 20 des Kreisels Beschleunigungsmesser angebracht, welche Signale nach Maßgabe einer Fehlausrichtung liefern, und diese Fehlausrichtung der Drallachse wird dann im Rechner berücksichtigt.

In Fig. 4 ist mit 62 die Kreiseleinheit bezeichnet, welche den Kreisel mit seinem Gehäuse 20 und die Kardanrahmen 22 und 28 (Fig. 1) enthält. Auf dieser Kreiseleinheit 62 sind zwei Beschleunigungsmesser 64 und 66 angebracht, deren Empfindlichkeitsachsen 68 bzw. 70 zueinander senkrecht und parallel zu den Eingangsachsen x„ bzw. y_r des Kreisels verlaufen. Die Kreiseleinheit 62 sitzt fest in einem Gehäuse 72. Am Gehäuse 72 ist ein Stellmotor 56 angebracht, durch den eine Scheibe 74 mit einem die Nordrichtung markierenden Zapfen 76 gegenüber dem Gehäuse 7 2 verdrehbar ist.

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Bei einer Fehlausrichtung der Drallachse z_ gegenüber der Vertikalen liefern die Beschleunigungsmesser 64 und 66 Beschleunigungssignale a , a als Komponenten der Erdbe-

x y

schleunigung. Diese Signale a und a werden zusammen mit den

Signalen U und U von den Drehmomenterzeugern einem Rechner χ y

zugeführt, der von einem Mikroprozessor gebildet sein kann.

Bei nicht genau vertikaler Ausrichtung der Drallachse z„ des Kreisels stellt das mit dem Nordabweichungsrechner 42 von Fig. 2 erhaltene Nordabweichungssignal nicht die wahre Nordabweichung ψ dar, sondern nur einen Schätzwert Ψ der Nordabweichung. Mit diesem Schätzwert ψ bei Annahme tatsächlich vertikaler Ausrichtung der Drallachse des Kreisels ergeben sich Transformationsparameter, z.B. in Gestalt der Richtungskosinus, zwischen einem kreiselgehäusefesten Koordinatensystem, das durch die erste Eingangsachse x_, die zweite Eingangsachse y_, und die Drallachse z„ des Kreisels bestimmt ist, und einem erdfesten Koordinatensystem, das durch Ostrichtung, Nordrichtung und Vertikale gegeben ist. Diese Transformationsparameter

können in einer Richtungskosinusmatrix - λ a

cos φ - sin ψ 0

C = sin $ cos $ 0 ^{6)

0 0 1

zusammengefaßt werden. Unter Benutzung dieser (zunächst nur näherungsweise richtigen) Richtungskosinusmatrix werden dann von dem Rechner 78 (Fig. 5) aus den Beschleunigungssignalen a und a von den Beschleunigungsmessern 64,66 sowie den Signalen

U und U der Drehmomentgeber des Kreisel 62 in einem Fehlerx y

Signalrechner 80 Fehlersignale gebildet, die in Fig. 5 in einem Fehlervektor ^ zusammengefaßt dargestellt sind.

Diese Fehlersignale geben die Fehler der gewählten Transformationsparameter wieder, wie sie sich aus den Signalen a und a der Beschleunigungsmesser 64 bzw. 66 und den Drehmomentgebersignalen U und U des Kreisels 62 ergeben. Die

χ y

Fehlersignale · werden in einer Rechnereinheit 82 durch

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zeitabhängige, vorher "off-line" mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens ermittelten Faktoren P. gewichtet. Aus den so mit einer Wichtung versehenen Fehlersignalen werden mittels eines Korrektursignalrechners 84 Korrektursignale für die Transformationsparameter erzeugt, die in Fig. 5 durch einen Korrektursignalvektor U dargestellt sind. In einem Transformationsparameterrechner 86, dem die Korrektursignale U zugeführt werden, werden die Transformationsparameter entsprechend korrigiert. Die korrigierten Transformationsparameter werden wieder als neuer Schätzwert auf den Fehlersignalrechner 80 gegeben. Es erfolgt also eine Rückführung in einem geschlossenen Kreis: Ein Schätzwert von Transformationsparametern wird benutzt, um mit Hilfe der Signale a und a der Beschleunigungsmesser 64,66 sowie den Drehmomentgebersignalen U und U des Kreisels 62 Korrekturen für die Transformationsparameter zu berechnen. Die so korrigierten, verbesserten Transformationsparameter werden dann im nächsten Rechenzyklus zur Berechnung weiterer Korrekturen benutzt, bis schließlich die Ausgangssignale des Transformationsparameterrechners 86 gegen Werte konvergieren, bei denen die Fehlersignale « verschwinden.

Die Ausgangssignale des Transformationsparaineterrechners 86 sind gleichzeitig auf einen Rechner 88 geschaltet, der daraus die wahre Nordabweichung Ψ sowie (für Steuerungszwecke) gleichzeitig deren Sinus und Kosinus bildet.

Wird mit C die korrigierte Richtungskosinus-Matrix mit den Elementen C.. bezeichnet, dann ergibt sich die Nordabweichung

C - C
Ψ = arc tan (7)

wobei der Quadrant in gleicher Weise wie bei Fig. 2 festgestellt und berücksichtigt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Sinus und Kosinus der Nordabweichung, die für Nachlaufsysteme vielfach statt des Winkels benötigt werden, ergeben sich zu

r — c

91 19

sin ψ = — (8)

C - C
11 99

cos Ψ = —— (9)

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 2 mit automatischer Kompensation von Fehlausrichtungen der Drallachse des Kreisels. Entsprechende Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie dort.

Es wird bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform in der schon im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Weise ψ als Schätzwert der Nordabweichung bestimmt. Dieser Schätzwert

ψ wird, wie durch das Kästchen 90 dargestellt ist, benutzt, um gemäß Gleichung (6) Anfangswerte der Transformationsparameter zu bilden. Diese werden zusammen mit den Signalen U und U

χ y

und den Signalen a und a der Beschleunigungsmesser 64,66 dem Rechner 78 zugeführt, und daraus wird, in der beschriebenen Weise die wahre Nordabweichung ψ gebildet. Das so erhaltene Nordabweichungssignal ψ steuert über einen Umschalter 92 das Anzeigeinstrument 52 und das Nachlaufsystem 54. Durch den Umschalter 92 kann eine Umschaltung des Anzeigeinstruments und des Nachlaufsystems 54 zwischen dem Ausgang ψ des Quadrantenrechners (Grobnordung) und dem Ausgang ψ des Rechners 78 (Feinnordnung) erfolgen.

Bei Navigationssystemen, die nach dem Koppel-Navigationsverfahren arbeiten, wird eine Kursreferenz benötigt. Hochgenaue Anlagen erfordern eine Kurs-Lage-Referenz. Als Kursreferenz werden Kurskreisel benutzt, deren Genauigkeit jedoch durch Kardanfehler eingeschränkt ist. Als Kurs-Lage-Referenzgeräte sind kardanisch gelagerte Plattformen bekannt, die durch das elektro-mechanische Rahmensystem sehr aufwendig sind. Das vorstehend beschriebene Gerät kann in weiterer Ausgestaltung

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der Erfindung zur Verwendung als Kurs-Lage-Referenzgerät eingerichtet sein. Ein solches Gerät ist in Fig. 7 schematisch-perspektivisch in der Betriebslage "Bestimmung der Nordrichtung" und in Fig. 8 in der Betriebslage "Kurs-Lage-Referenz" gezeigt.

In Fig. 7 ist mit 90 die Kreiseleinheit bezeichnet, welche den Kreisel und die Kardanrahmen ähnlich wie in Fig. 1 enthalten. Die Drallachse 92 des Kreisels ist im wesentlichen vertikal. Die beiden Eingangsachsen des Kreisels sind mit χ . , und y_K . , bezeichnet. Die Abgriff signale der (nicht dargestellten) Abgriffe sind, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, über Verstärker 94 und 96 überkreuz auf die nicht dargestellten Drehmomenterzeuger geschaltet. Mit 98 ist ein fahrzeugfestes Gehäuse bezeichnet. In dem Gehäuse 98 sind Koordinatenachsen x„ und y_G definiert, die bei der Betriebsweise von Fig. 7 parallel zu den Eingangsachsen χ . , bzw. y . , des Kreisels liegen. Zwei Beschleunigungsmesser 100 und 102 sind bei der Ausführung nach Fig. 7 nicht an der Kreiseleinheit 90, sondern an dem Gehäuse 98 angebracht. Die Empfindlichkeitsachse des Beschleunigungsmessers 100 ist parallel zu der gehäusefesten Koordinatenachse x_r und die Empfindlichkeitsachse des Beschleunigungsmessers 102 ist parallel zu der gehäusefesten Koordinatenachse y„. Die Kreiseleinheit 90 ist durch einen Stellmotor 104 um eine zu der Koordinatenachse y„ parallele Achse 106 verschwenkbar. Auf dieser Achse 106 sitzt auch ein Winkelgeber 108. Das Ausgangssignal des Winkelgebers 108 ist über einen Umschalter 110 und ein Nachlauf-Steuersystem 112 auf den Stellmotor 104 aufschaltbar, derart, daß in der in Fig. 7 dargestellten Schaltung des Umschalters 110 die Kreiseleinheit 90 in die in Fig. 7 dargestellte Lage geschwenkt und in dieser arretiert wird, während in der anderen Schaltstellung eine Verschwenkung der Kreiseleinheit 90 um 90 in die in Fig. 8 dargestellte Lage erfolgt.

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Bei dieser Stellung der Kreiseleinheit 90 liegt die Drallachse 92 des Kreisels im wesentlichen horizontal, die eine Eingangsachse ^xw_ei_sei liegt vertikal parallel zu der gehäusefesten Achse z„, während die Lage der anderen Eingangsachse y_K . , unverändert bleibt. Unverändert bleibt auch wegen der Anbringung am Gehäuse 98 die Lage der Beschleunigungsmesser 100 und 102.

F F

Die Ausgangssignale a und a der gehäuse- und damit fahrzeugfesten Beschleunigungsmesser 100 und 102 sowie die auf die beiden Drehmomenterzeuger aufgeschalteten Signale U und U werden einer Signalverarbeitungsschaltung 114 zugeführt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Lage der Kreiseleinheit 90 ist

F U proportional der Winkelgeschwindigkeit ω im Raum um die

y *

fahrzeugfeste Koordinatenachse x„ und U proportional der

_F G χ

Winkelgeschwindigkeit ω um die fahrzeugfeste Koordinatenachse y_r. Bei der in Fig. 8 dargestellten Lage der Kreiseleinheit 90 liefert dagegen U die Winkelgeschwindigkeit

F ^

ω um die fahrzeugfeste Koordinatenachse z_ß .

F F In Fig. 9 ist dargestellt, wie aus den Signalen a und a die Lagewinkel Φ und * , d.h. Roll- und Nickwinkel des Fahrzeugs bestimmt werden. Die Beschleunigungsmesser 100 und 102 sprechen nicht nur auf Komponenten der Erdbeschleunigung g an, die durch eine Neigung des Fahrzeugs gegen die Horizontale hervorgerufen werden, sondern natürlich auch auf Beschleunigungen infolge einer Änderung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Diese störenden Einflüsse der Änderung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs werden durch Filterung ausgeschaltet, wozu dem Filter 116 bzw. 118 die von einem Geschwindigkeitgeber gelieferten

F F
Werte der Fahrgeschwindigkeit ν , ν zugeführt werden. Die so erhaltenen Signale werden durch die Erdbeschleunigung g dividiert, wie bei 120 und 122 angedeutet ist und liefern den Sinus des Nickwinkels (sin *■ ) sowie den mit dem Kosinus des Nickwinkels ♦ multiplizierten Sinus des Rollwinkels φ , nämlich -sin φ cos ♦ . Das sin * -Signal wird einmal an einem Ausgang 124 ausgegeben. Zum

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- 2O -

anderen wird dieses Signal einem Arcussinus-Funktionsgeber 126 zugeführt und liefert ein unmittelbar den Nickwinkel * darstellendes Signal. Dieses letztere Signal wird wieder einmal an einem Ausgang 128 ausgegeben und liegt zum anderen an einem Kosinus-Funktionsgeber 130 an. Das Ausgangssignal cos *des Kosinus-Funtionsgebers 130 wird an einem Ausgang 132 ausgegeben. Außerdem beaufschlagt das cos * -Signal als Nennergröße einen Quotientenbildner 134, dem als Zählergröße das Signal - sin φ cos > zugeführt wird und der ein Ausgangssignal - sin f liefert. Dieses Signal wird nach Vorzeichenumkehr in einem Inverter 136 als sin φ an einem Ausgang 138 ausgegeben. Weiterhin wird das -sin T -Signal einem Arcussinus-Funktionsgeber 140 zugeführt, der gleichzeitig eine Vorzeichenumkehr bewirkt und als Ausgangssignal den Rollwinkel φ bildet. Dieser Rollwinkel t wird an einem Ausgang 142 ausgegeben. Das Ausgangssignal ?des Arcussinus-Funktionsgebers 140 liegt außerdem an einem Kosinus-Funktionsgeber 144 an, der an einem Ausgang 146 ein Signal cos φ liefert.

Die in Fig. 9 dargestellte Schaltungsanordnung erzeugt also aus

F F
den Ausgangssignalen a und a der Beschleunigungsmesser 100 bzw. 102 sowohl Ausgangssignale, welche die Nick- und Rollwinkel * bzw. <P selbst darstellen als auch Ausgangssignale nach Maßgabe der Sinus und der Kosinus dieser Winkel.

Aus sin * , cos θ· , sin Ψ und cos φ berechnen Schaltungsanordnungen 148,150,152 und 154 in Fig. 10 die Elemente C₁₂, C₁₃, C₂₂ bzw. C₂₃ der Richtungskosinusmatrix für die Transformation eines fahrzeugfesten Koordinatensystems mit den Koordinatenachsen x^,, y_ und z„ (Fig. 7) in ein erdfestes Koordinatensystem mit den Koordinantenachsen Ostrichtung, Nordrichtung und Vertikale.

Die Kreiseleinheit 90 liefert in der Stellung von Fig. 8 in Gestalt der Spannungen U und U Signale, welche die Winkelgeschwindigkeiten ω um die fahrzeugfeste Koordinatenachse ζ

909812/037S - 21 -

ORIGINAL INSPECTED

27*1274

und ω um die fahrzeugfeste Koordinanteachse y„ wiedergeben. Diese Signale liegen an Eingängen 156 bzw. 158 der Schaltung von Fig. 10 an. Sie werden in Summationspunkten 160 bzw. 162

F F durch Korrektursignale Q bzw. Q berichtigt, durch welche, je nach dem benutzten Navigationssystem, Einflüsse der Erddrehung auf die Kreisel kompensiert werden. Die so

F
berichtigten ω -Signale werden durch Multiplizierglieder und 166 mit den Elementen C.~ bzw. C_₂ der Richtungskosinusmatrix Cp von den Schaltungsanordnungen 148 bzw. 152 multipliziert.

F Die im Summationspunkt 162 berichtigten » -Signale vom Eingang 158 werden durch Multiplizierglieder 168 und 170 mit den Elementen C₁₃ bzw. C₃₃ der Richtungskosinusmatrix von den Schaltungsanordnungen 150 bzw. 154 multipliziert. Der Ausgang des Multipliziergliedes 164 und der Ausgang des Multipliziergliedes 168 sind in einem Summationspunkt 172 einander entgegengeschaltet. Der Ausgang des Multipliziergliedes 166 und der Ausgang des Multipliziergliedes 170 sind in einem Summationspunkt 174 einander entgegengeschaltet. Das im Summationspunkt 172 erhaltene Differenzsignal wird mittels eines Integrators 176 integriert, wobei in den Integrator an einem Eingang 178 der Anfangswert eingebbar ist. Das im Summationspunkt 174 erhaltene Differenzsignal wird mittels eines Integrators 180 integriert, wobei in den Integrator an einem Eingang 182 wieder der Anfangswert eingebbar ist. Die Ausgangssignale der Integratoren 176 und 180 werden auf einen Quotientenbildener 184 geschaltet, dessen Ausgangssignal, wie noch gezeigt werden wird, tan Φ _, dem Tangens des wahren, in einer Horizontalebene liegenden Kurswinkels entspricht. Dieses Signal wird auf einen Arcustangens-Funktionsgeber 186 zur Erzeugung eines den Kurswinkel Ψ_τ selbst wiedergebenden Signals gegeben.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Zunächst wird bei der in Fig. 7 dargestellten Lage der Kreiseleinheit 90 aus den Spannungen U und U sowie den

FF ^x Υ

Ausgangssignalen a und a der Beschleunigungsmesser 1OO und

χ y

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ORIGINAL INSPECTED

- Vf-

27

102 die wahre Nordabweichung bestimmt. Das geschieht in der im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Weise.

Daraufhin wird die Kreiseleinheit 90 in die in Fig. 8 dargestellte Lage verschwenkt, wobei das Gerät als Kurs-Lage-Referenziergerät arbeitet.

ρ
Bezeichnet ν (als Vektor) die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in einem hinsichtlich der Richtungen der Koordinatenachsen fahrzeugfesten Koordinatensystem x„, y„, ζ und ν (ebenfalls

Gj Cj Cj —

als Vektor) die Geschwindigkeit in einem raumfesten Koordinantensystem, wobei das fahrzeugfeste Koordinatensystem gegenüber dem raumfesten Koordinantensystem um den Kurswinkel Ψ , einen Nickwinkel * und einen Rollwinkel φ verdreht ist, dann gilt

1	0	O	c *	0	- s	θ·
0	C φ	S φ	0	1	0
0	-S «Ρ	c φ	S ν	0	C

c ψ,

-S ψ,

C Ψ

0 ν 1

Das Produkt der drei Transformationsmatrizen ergibt die

F Richtungskosinusmatrix C_n :

(10)

s ψ

- s θ-

^; s φ . s * c ψ

' -C φ S ψ

S φ . so- S

S φ C θ·

(11)

C φ S θ· C

S ψ

C φ S * S ψ

- S φ C

C ψ _τ C

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ά i <♦ 11

In den Matrizen ist aus Raumgründen das Symbol "sin" abgekürzt durch "s" und das Symbol "cos" abgekürzt durch "c".

Wegen der Orthogonalität von C₀ gilt

(12)

D F

d.h. CL· wird aus C_n durch Spiegelung an der Diagonalen oder Vertauschung von Zeilen und Spalten erhalten. Es gilt weiterhin allgemein

C^R
•

(13)

wobei	0	F - ω	0	« F	0
		Z		y
^ F	ω F	ω F	- ω F
Q	Z	χ	χ
	- ω F
	y

(14)

'11

'21

'31

'12

"22

'32

'13

'23

'33

(15)

*R R

d.h. die Zeitableitung C„ der Richtungskosinusmatrix C„ ,

Γ Γ

also die Matrix, deren Elemente gleich den Zeitableitungen der entsprechenden Elemente der Richtungskosinusmatrix sind, ist gleich dem Produkt der Richtungskosinusmatrix C_ mit dem

F Drehgeschwindigkeitstensor 0

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-2A-

iiNiSPtCTED

F Mit den gemessenen Drehgeschwindigkeitskomponenten ω und

to lassen sich folgende Elemente der Matrix C berechnen:

Z -L

F F

^C11 ^{= C}12 % - ^C13 %

«=21 ^{= C}22 ^Wz^F - ^C23

^C31 ^{= C}32 ^ωζ " ^C33 ^ωγ

Die ersten beiden Gleichungen werden in der Schaltungsanordnung von Figur 10 benutzt, um C₁₁
die (vgl. Gleichungen (11) und (12))

Ordnung von Figur 10 benutzt, um C₁₁ und C_?1 zu berechnen,

= cos «· cos ψ _τ (17]

C₂₁ = cos θ· sin Ψ_τ (18)

sind. Die dritte Gleichung liefert eine redundante Information zur Berechnung von sin * , da

C₃₁ = - sin ♦ (19)

ist. Diese Information kann zur Stützung des Beschleunigungsmesserkanals zur Berechnung von 6· benutzt werden.

Die Matrixelemente C₁-, C₁,, C₀₀ und C₀-. werden in den Schaltungsanordnungen 148,150,152 und 154 aus den sin * -, cos θ· -, sin φ - und cos φ - Signalen an den Ausgängen 124,132,138 bzw. 146 der Schaltung von Fig. 9 sowie aus dem vom Ausgang in Fig. 10 zurückgeführten wahren Kurswinkel Ψ durch Multiplikation und Linearkombination nach folgenden Beziehungen gebildet:

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- 25 -ORIGINAL INSPECTED

₁₂ = sin φ sin * _Cos Ψ _ - cos ψ sin Ψ

₁., = cos φ sin * cos ψ - sin =P sin Ψ

¹^ ^{X X} (20)

Ψ m

^C23 ^{= cos v s}*~ⁿ * ^s*ⁿ τ ~ ^s*~ⁿ * ^cos Ψ τ

In ähnlicher Weise können zur Bildung von C₃₁ gemäß Gleichung (16) C₁₃ und C₃₃ berechnet werden:

= cos ? sin * cos Ψ_ + sin φ sin Ψ _τ

(21)

= cos ψ cos ti· .

Aus den Matrixelementen C₁₁ und C₁, und den Winkelgeschwindig-

F F
keiten ^ω und ω wird als Differenzsignal am Summationspunkt 172 das Signal C₁₁ erhalten. Dieses wird integriert und ergibt nach Gleichung (17) C₁₁ = cos * cos ψ „ . Aus den Matrixelementen C₅₉ und C₅, und den Winkelgeschwindigkeiten

ρ ρ ·

ω und 0) wird am Summationspunkt 174 das Signal C₀₁ erhalten. Dieses Signal wird integriert und ergibt nach Gleichung 18 C₃₁ = cos * sin Ψ_T . Der Quotient dieser beiden Signale, der von dem Quotientenbildner 184 gebildet wird, ist daher proportional tan Ψ . Der Arcustangens-Funktionsgeber liefert daraus den wahren Kurswinkel Ψ _m .

Die Anfangswerte C₁₁ (0) und Cp₁ (0) werden an den Eingängen 176 und 182 aufgrund der vorher erfolgten Bestimmung der Nordabweichung eingegeben.

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27«V

Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf eine analoge Signalverarbeitung beschrieben. In der Praxis wird die Signalverarbeitung in dem Fachmann geläufiger Weise digital, z.B. mittels eines geeingeten Mikroprozessors erfolgen.

- 27 -

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Claims (9)

Patentansprüche

1.J Gerät zur automatischen Bestimmung der Nordrichtung mittels eines von der Erddrehung beeinflußten Kreisels, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel ein zweiachsiger, elektrisch gefesselter Kreisel ist, dessen Drallachse im wesentlichen vertikal liegt und der an seinen beiden zueinander und zu der Drallachse senkrechten Eingangsachsen je einen Lageabgriff und einen Drehmomentererzeuger aufweist, wobei das Signal jedes einer Eingangsachse zugeordneten Lageabgriffs überkreuz auf den Drehmomenterzeuger der jeweils anderen Eingangsachse geschaltet ist, und daß die den beiden Drehmomenterzeugern zugeführten Signale gleichzeitig auf einen Nordabweichungsrechner geschaltet sind, welcher aus dem Verhältnis der Signale ein die Abweichung einer gerätefesten Referenzrichtung von Nord wiedergebendes Signal liefert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nordabweichungsrechner zur Bildung eines Signals

, ^KTy · ^Uy
ψ_{i = arc tan}

Tx ^X

eingerichtet ist, wobei

U die Spannung ist, welche dem um eine Eingangsachse des Kreisels wirkenden Drehmomenterzeuger zugeführt wird,

_T die Konstante dieses Drehmomenterzeugers ist,

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^741274

U die Spannung ist, welche dem um die andere Eingangsachse des Kreisels wirkenden Drehmomenterzeuger zugeführt wird, und

Κ_, die Konstante des letzteren Drehmoment er zeugers ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nordabweichungsrechner eine Quadrantenlogikschaltung zur Bestimmung des Quadranten der Nordabweichung aufweist, und auf diese Quadrantenlogikschaltung die beiden den Drehmomenterzeugern zugeführten Signale aufgeschaltet sind, und daß der Nordabweichungsrechner weiterhin einen Quadrantenrechner enthält, auf den das Signal

^KTy · ^Uy ψ ₁ = arc tan ^ jf-

^{1 K U}

₁ ^jf

^{1 K}Tx · ^Ux

zusammen mit einem Ausgangssignal der Quadrantenlogikschaltung geschaltet ist und welche zur Erzeugung eines den Quadranten der Nordabweichung berücksichtigenden Nordabweichungssignals Ψ eingerichtet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrantenlogikschaltung eine Komparatorschaltung enthält, welche zur Bestimmung des Quadranten der Nordabweichung nach folgenden Kriterien eingerichtet ist:

U ·- 0
^y 0° s ψ s 90° (I. Quadrant)

υ ;> ο
^y 90° <;Ψ^180° (II. Quadrant)

U_x^ 0

90981 2/0378 - 2₉ _

^Y 180 Φ 270 (III. Quadrant)

_x. 0

U-O

270° 4 360° (IV. Quadrant)

U -> 0 χ

und daß der Quadrantenrechner in Abhängigkeit von einem den Quadranten der Nordabweichung wiedergebenden Ausgangssignal der Quadrantenlogikschaltung das Nordabweichungssignal ψ in folgender Weise bildet:

I. Quadrant : Ψ = Ψ '

II. Quadrant : ψ = 180°- ψ.

III. Quadrant : 4 = 180°+

IV. Quadrant : <i = 360°- Ψ..

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrantenlogikschaltung eine Nulldetektorschaltung aufweist, welche zur Feststellung ausgezeichneter Werte des Nordabweichungssignals nach folgenden Kriterien eingerichtet ist:

Φ = 0

U =
y 0 ^üx - 0 U
y 0 ^Ux ⁼ 0

Ψ = 90°

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- 30 -

^üy = O U
χ O U
y O ^Ux = O

Ψ = 180°

ψ = 270°

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Nordabweichungssignal ein
Stellmotor steuerbar ist, welcher einen über einer
gehäusefesten Kompaßrose beweglichen Zeiger um einen dem Nordabweichungssignal entsprechenden Winkel gegenüber der Referenzrichtung verdreht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß mit dem Kreisel eine Beschleunigungsmesseranordnung verbunden ist, welche ein Paar von Fehlersignalen nach
Maßgabe der Abweichung der Kreiseldrallachse von der
Vertikalen liefert,

das das Ausgangssignal des Nordabweichungsrechners als
Schätzwert Φ der Nordabweichung Ψ zusammen mit den
Signalen, die den Drehmomenterzeugern zugeführt werden, und den Fehlersignalen der Beschleunigungsmesseranordnung auf einen Fehlersignalrechner geschaltet sind, der unter Zugrundelegung von Schätzwerten der Transformationsparametern zwischen einem kreiselgehäusefesten und einem erdfesten Koordinatensystem zur Berechnung von Fehlersignalen für diese Transformationsparameter eingerichtet ist, wobei die Schätzwerte der Transformationsparameter zunächst durch das Ausgangssignal des Nordabweichungsrechners bestimmt sind,

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5 4s I *♦ I L i

daß die so erhaltenen und ggf. mit einer Wichtung versehenen Fehlersignale einem Korrektursignalrechner zur Berechnung von Korrektursignalen für die Transformationsparameter zugeführt werden,

daß ein Transformationsparameterrechner vorgesehen ist, der korrigierte Transformationsparameter liefert,

daß diese korrigierten Transformationsparameter ihrerseits in einem geschlossenen Kreis als neue Schätzwerte der Transformationsparameter auf den Fehlersignalrechner für die Berechnung der Fehlersignale aufgeschaltet sind, und

daß die korrigierten Transformationsparameter gleichzeitig einem Rechner zur Berechnung der sich daraus ergebenden korrigierten Nordabweichung und/oder einer Funktion derselben zugeführt werden.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsmesseranordnung ein Paar von Beschleunigungsmessern enthält, die in fester Lagebeziehung zu dem Gehäuse des Kreisels angebracht sind und deren Empfindlichkeitsachsen zueinander senkrecht stehen und parallel zu den beiden Eingangsachsen des Kreisels verlaufen.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsmesser fahrzeugfest in einem Fahrzeug angeordnet sind,

daß das Gehäuse des Kreisels um 90 um eine der Eingangsachsen des Kreisels verschwenkbar ist und

daß ein Rechner vorgesehen ist, welcher aus der durch die Beschleunigungsmesser gelieferten Information über die Lage des Fahrzeugs zur Horizontalen und den von dem Kreisel gelieferten Winkelgeschwindigkeiten um die fahrzeugfesten Eingangsachsen des Kreisels den wahren Kurs des Fahrzeugs berechnet.

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