DE2744431A1 - Navigationsgeraet zur navigation von landfahrzeugen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 2 7 A A A 3

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

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 ■ Telex: 8516895

Patentanmeldung Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-7770 Überlingen/Bodensee

Navigationsgerät zur Navigation von Landfahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein Navigationsgerät zur Navigation von Landfahrzeugen, enthaltend: ein Kursreferenzgerät, welches ein kursreferenzfestes kartesisches Koordinatensystem festlegt, dessen eine Koordinatenachse parallel zur Hochachse des Fahrzeugs verläuft und dessen zweite Koordinatenachse eine durch einen Kurskreisel bestimmte Kursreferenzrichtung bildet, gegenüber welcher ein Kurswinkel der Fahrzeuglängsachse gemessen wird, während die dritte Koordinatenachse senkrecht zu diesen beiden Koordinatenachsen verläuft, einen Bewegungsgeber zu Erzeugung eines die Bewegung des Fahrzeuges über Grund wiedergebenden Signals, einen Rechner, der mit dem Kursreferenzgerät und dem Bewegungsgeber verbunden und zur Erzeugung von Ausgangssignalen entsprechend den Fahrzeugkoordinaten aus den von dem Kursreferenzgerät und dem Bewegungsgeber gelieferten Kurswinkel- und Bewegungssignalen eingerichtet ist, und Mittel zur Kompensation der durch die Erddrehung induzierten Drift des Kurskreisels.

Ein solches Navigationsgerät ist bekannt durch die DT-OS 25 45 025.

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Bei diesem bekannten Navigationsgerät ist ein bandaufgehängter Meridiankreisel mit horizontaler Drallachse des Kreisels zur Bestimmung der Nordrichtung vorgesehen. Das auf den Meridiankreisel wirkende Kreiselrichtmoment wird durch ein elektrisches Gegenmoment kompensiert, aus dem sich die Nordabweichung, d.h. der Winkel zwischen Kreiseldrallachse und Nordrichtung, bei stehendem Fahrzeug bestimmen läßt. Diese Nordabweichung wird gespeichert. Ein Kursreferenzgerät in Form eines Kurskreisels mit horizontaler Drallachse, der eine definierte anfängliche Lage relativ zu dem Meridiankreisel besitzt, liefert während der Fahrt eine Kursreferenzrichtung. Infolge der Erddrehung und der Bewegung des Fahrzeugs auf der Erdoberfläche würde der freie Kurskreisel, der ja seine Lage im inertialen Raum beizubehalten sucht, eine induzierte Drift relativ zu dem erdfesten Koordinatensystem von Nordrichtung, Ostrichtung und örtlicher Vertikaler zeigen. Aus diesem Grunde wird über einen Drehmomenterzeuger ein Drehmoment auf den Kurskreisel ausgeübt, welches dieser induzierten Drift entgegenwirkt, oder die induzierte Drift wird im Rechner bei der Signalverarbeitung berücksichtigt. Das Kursreferenzgerät gestattet die ständige Bestimmung des Kurses, d.h. des Winkels zwischen Fahrzeuglängsachse und Kursreferenzrichtung oder Nord. Aus dem Kurs und entweder der Fahrzeuggeschwindigkeit oder dem vom Fahrzeug zurückgelegten Weg können in dem Rechner Signale erzeugt werden, welche den Koordinaten des Fahrzeugs in einem geographischen oder Gitterkoordinatensystems entsprechen.

In der DT-OS 25 45 o25 ist das Gelände, in welchem das Fahrzeug navigiert, als eben angenommen, so daß die Hochachse des Fahrzeugs mit der Vertikalen zusammenfällt. Diese Voraussetzung ist natürlich in der Praxis nicht gegeben, und die Bewegung in einem unebenen Gelände führt zu Anzeigefehlern des Navigationsgerätes.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Navigationsgerät der eingangs definierten Art so auszubilden, daß es eine einwandfreie Navigation auch in unebenem Gelände gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Lagefühler vorgesehen sind, welche auf Abweichungen der Fahrzeughochachse von der Vertikalen ansprechen, daß der Rechner zur Berechnung der Lagewinkel· und/oder des Sinus und Kosinus derselben aus den Signalen der Lagefühler eingerichtet ist, und daß der Rechner weiterhin unter Benutzung der so erhaltenen Lagewinkel und/oder deren Sinus und Kosinus zur Transformation des im kursreferenzfesten Koordinatensystem gemessenen Kurswinkels in einen auf ein erdfestes Koordinatensystem bezogenen Kurswinkel für die Berechnung der Fahrzeugkoordinaten sowie zur Erzeugung eines Kompensationssignals zur Kompensierung der induzierten Drift in dem kursreferenzfesten Koordinatensystem eingerichtet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem fahrzeugfesten Koordinatensystem und Beschleunigungsmessern.

Fig. 2 veranschaulicht die relative Lage des

erdfesten und des gehäuse- oder fahrzeugfesten Koordinatensystems und die verschiedenen auftretenden Winkel.

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Fig. 3 veranschaulicht die Bestimmung des wahren Kurswinkels.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht die Signalverarbeitung für den Beschleunigungsmesser, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Querachse des Fahrzeugs verläuft.

Fig. 5 veranschaulicht schematisch das Frequenzspektrum der beiden Signalanteile des Beschleunigungsmessers, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Längsachse des Fahrzeugs verläuft.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht die Signalverarbeitung für den Beschleunigungsmesser, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Längsachse des Fahrzeugs verläuft.

Fig. 7 zeigt als Blockdiagramm eine Rechnerschaltung zur Bildung der Sinus und Kosinus der Lagewinkel aus den gemäß Fig. 4 und 6 gebildeten Beschleunigungssignalen .

Fig. 8 zeigt als Blockdiagramm eine Rechnerschaltung zur Ermittlung des wahren Kurswinkels aus den Winkelfunktionen der Lagewinkel und zur Bildung eines Kompensationssignals zur Kompensation der durch die Erddrehung induzierten Drift des Kurskreisels.

Fig. 9 zeigt eine abgewandelte Anordnung zur Bestimmung der Sinus und Kosinus der Lagewinkel.

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Ein erdfestes Koordinatensystem ist definiert durch die

R R

Koordinatenachsen χ = geographische Nordrichtung, y = Ostrichtung und ζ = vertikal. Ein fahrzeugfestes Koordinatensystem ist

F definiert durch die Fahrzeuglängsachse χ des Fahrzeugs 10

F
(Fig. 1), die Fahrzeugquerachse y und die Fahrzeughochachse

ζ . An dem Fahrzeug 10 ist ein Kursreferenzgerät 12 vorgesehen, das ein kursreferenzfestes Koordinatensystem mit einer

K KF

Kursreferenzrichtung χ , einer Koordinatenachse ζ = ζ und

K K

einer Koordinatenachse y festlegt. Die Kursreferenzrichtung χ ist diejenige Richtung, deren Abweichung α von der Nord-

jyii\

richtung mittels des Meridiankreisels 14 vor Antritt der Fahrt bei stillstehendem Fahrzeug 10 festgestellt worden war, indem das Kreiselrichtmoment durch einen Drehmomenterzeuger 16 elektrisch kompensiert wird. Das kursreferenzfeste Koordinatensystem wird bei nicht genau horizontal ausgerichtetem Fahrzeug 10 aus dem erdfesten Koordinatensystem durch folgende nacheinander durchgeführte Drehungen erhalten:

1. Drehung um den Winkel α _Mt, um die Vertikale ζ , wobei die

R R
Koordinatenachsen χ und y in die Koordinatenachsen x¹ bzw. y¹ übergehen.

2. Drehung um einen Nickwinkel θ· um die Koordinatenachse y¹, wobei die Koordinatenachse x¹ in die Koordinatenachse χ des kursreferenzfesten Koordinatensystems übergeht.

3. Drehung um einen Rollwinkel φ um die Koordinatenachse

K
χ , wobei die Koordinatenachs y' in die Koordinatenachse γ des kursreferenzfesten Koordinatensystems übergeht und die Koordinatenachse ζ mit der Fahrzeughochachse zusammenfällt.

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FFF Das fahrzeugfeste Koordinatensystem χ , y , ζ (Fig. 1) ist

KKK gegenüber dem kursreferenzfesten Koordinatensystem χ , y , ζ

K F um die gemeinsame Koordinatenachse ζ = ζ um einen Winkel * _v

verdreht, das ist der gemessene Winkel zwischen der Kursiv F

referenzrichtung χ und der Fahrzeuglängsachse χ .

An dem Fahrzeug 10 sind weiterhin Beschleunigungsmesser 18 und 20 vorgesehen, deren Empfindlichkeitsachsen parallel zur

F F

Fahrzeuglängsachse χ bzw. zur Querachse y des Fahrzeugs 10 verlaufen. Mit* und φ sind Nick- und Rollwinkel in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem bezeichnet, wobei eine

Schräglage des Fahrzeugs 10 durch eine Drehung um die Achse y um den Winkel * und eine anschließende Drehung um die so

verdrehte Längsachse χ um den Winkel f definiert ist. Auf diese Nick- und Rollwinkel sprechen die Beschleunigungsmesser 18 und 20 an.

Diese Winkelbeziehungen sind in Fig. 2 näher dargestellt. Aus

RRR dem erdfesten Koordinantensystern χ , y , ζ , das zunächst

FFF

als mit dem fahrzeugfesten Koordinatensystem χ , y , ζ zusammenfallend angesehen werden soll, wird durch eine Drehung vm die Querachse y vm den Winkel* das Koordinatensystem aiit den Koordinatenachsen x* =x , y^f = y , z*. Eine weitere

F Drehung um die FahrzeugLängsachse x* = χ mn den Winkel? bringt

F F

ζ' nach ζ und y' nach y .

Fig. 3 veranschaulicht die Zusammenhänge zwischen den gemessenen Winkeln*,, und e_M„ und dem gesuchten Kurswinkel A _v:

K MK K

R R Das erdfeste Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen χ , y und ζ geht, durch Drehung um den mittels des Meridiankreisels

14 bestimmten Nordabweichungswinkel _%tv um die Vertikale ζ in das Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen x*, y* {nicht

gezeichnet) um ζ über» Durch die Drehung um y* xsm den Nickwinkel* geht die Koordinatenachse x¹ in die Koordinaten-

K
achse χ des kursreferenzfesten Koordinatensystems, also die

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-f7 -

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Kursreferenzrichtung über. Diese bildet mit der Fahrzeug-

längsachse χ den am Kursreferenzgerät gemessenen Winkele .

Der Kurswinkel ψ _v bezogen auf die gegenüber der Nordrichtung

um den Winkel« _v in der Horizontalebene liegende Richtung χ¹,

K die sich als Projektion der Koordinatenachse χ auf die durch

R R
die Koordinatenachsen χ und y bestimmte Ebene ergibt, ist der in dieser letzteren Ebene gemessene Winkel zwischen der

ρ Richtung x¹ und der Projektion der Fahrzeuglängsachse χ auf

die Horizontalebene.

Es gilt also aus* _v und den Nick- und Rollwinkeln*

den Kurswinkel φ

bzw.φ j zu bestimmen. Das kann aufgrund folgender

Überlegungen geschehen:

Bei der Durchführung der oben angegebenen Drehungen beim Übergang von dem erdfesten Koordinatensystem zum kursreferenzfesten Koordinatensystem ergibt sich folgende Richtungskosinusmatrix:

C^R =
K

^C\^C*MK

c«p s» ce

K K MK

^S*

K^8-MK

(D

-s»

wobei aus Raumgründen "cos" und "sin" durch "c" bzw. "s" abgekürzt sind. Zwischen dem fahrzeugfesten und dem kursreferenzfesten Koordinatensystem erfolgt eine Azimut-Drehung um den Winkele . Die Richtungskosinusmatrix lautet:

•κ - ^seK °

Sät

c«_K 0

(2)

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-is -

■ρ

Die Richtungskosinusmatrix C„ von dem erdfesten zu dem

fahrzeugfesten Koordinatensystem ergibt sich dann zu

(3)

^c"

mk

^CV*K^S*MK
+⁰V^-K^0-MK

-^c*k^s<"k^s<"mk

(4)

^S*K^SeK

Wenn andererseits in Fig. 3 das Koordinatensystem mit den

Koordinatenachsen x', y¹ und ζ in das fahrzeugfeste Koordi-

FF F natensystem mit den Koordinatenachsen χ , y und ζ überführt werden soll, so ergeben sich folgende, nacheinander durchzuführende Drehungen:

1 . Eine Drehung um den Winkelt^ um die Vertikale ζ , wodurch die Koordinatenachse x' in der Horizontalebene in die Projektion x" der Fahrzeugachse χ und y¹ in eine (nicht dargestellte) Lage y" gedreht wird.

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2. eine Drehung um die in der Horizontalebene liegende Achse

y" um den Nickwinkel * , wodurch die Achse x" in die

ρ
Fahrzeuglängsachse χ gedreht wird, und

3. eine Drehung um den Winkel? um die Fahrzeuglängsachse χ ,

F was die Achse y" in Deckung mit der Querachse y des

Fahrzeugs 10 bringt.

Die für diese Drehung erhaltene Transformationsmatrix C

stimmt formal mit der Matrix C_v überein, wenn für α .„, der

κ γίκ

Winkel^· , für*' der Winkel* und für φ der Winkelf gesetzt

KK K

wird. Die gleiche Transformation bewirkt aber auch die

Transformationsmatrix C„ , wenn « ,,„ = 0 gesetzt wird. Wie aus

F MK _R

Fig. 3 ersichtlich ist, fällt dann nämlich x¹ mit χ zusammen.

x'

Für « wt, = 0 müssen also die Transformationsmatrizen C„ und _R MK F

C„ übereinstimmen, ihre Elemente also paarweise gleich sein, r

Aus der Gleichheit der Elemente C₁- folgt dann:

εϊηψ cos ♦ = cos φ „ sin« (5)

K KK

und aus der Gleichheit der Elemente C₁₁ folgt:

cos * cos _v = cos b _v cos» „ - SInSP_x, sin* sine (6)

K KK KKK

Durch Division der Gleichung (5) durch Gleichung (6) ergibt sich

_tan4,

cos*_K
^cos*k ¥IKZT - ^sin*K

Ja

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-JO -

Der Zusammenhang zwischen den auf das kursreferenzfeste Koordinatensystem bezogenen Lagewinkeln β , *.,, · und den auf

K K K

das fahrzeugfeste Koordinatensystem bezogenen Lagewinkeln? und die mittels der Beschleunigungsmesser 18 und 20 ermittelt werden können, kann folgendermaßen bestimmt werden:

Eine Drehung des Fahrzeugs 10 aus der Horizontallage mit

FRF F

z = z und χ = x" (Fig. 3) um seine Querachse y um den

F Nickwinkel * und anschließend um die Längsachse χ um den Rollwinkel? führt zu einer Richtungskosinusmatrix:

cos* siny sin*

cosf + sin φ sin*

sin* sinf cos*

cosf sin*

εΐηφ

COSf COS *

(8)

Eine anschließende Drehung um die Koordinatenachse ζ um den

Winkele _v, welche Koordinatenachse χ in Richtung der Koordi-

K
natenachse χ bringt, hat eine Transformationsmatrix

cos %

+ i sin·

-sine _v O

cos« _v O

(9)

Die Gesamttransformation ist gegeben durch ^CB = ^CA · ^CK

(10)

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-ν

Die gleiche Lage der Koordinatensysteme wird erhalten durch die Drehung aus dem Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen χ¹,

y¹ und ζ (Fig. 3) zuerst um den Winkel* um die Koordinaten-

K
achse y¹, was x¹ mit χ zusammenfallen läßt, und dann um die Koordinatenachse χ um den Winkel φ _v. Die Transformationsmatrix C,

κ ^

hierfür stimmt formal mit Gleichung (8) überein, wenn für* der

Winkel* und fürψ der Winkel φ gesetzt wird. Da die κ κ

Endzustände der Transformationen übereinstimmen, müssen auch die Transformationsmatrizen C_n und C_ übereinstimmen und entsprechende Elemente einander gleich sein. Für die Elemente C₁ τ gilt daher

sin* _v = sin*cosa+sin«cos*sin« (11),

KK K

und für die Elemente C„₃ gilt

sine cos* = - sin* sine + sin φ cos * cosol, (12).

KK K K

Diese Beziehungen werden, wie unten im Zusammenhang mit Fig. 7 noch beschrieben werden wird, von dem Rechner zu Bestimmung der

Lagewinkel* und β aus den Signalen der Beschleunigungsmesser κ κ

18 und 20 ausgenutzt.

Das Kompensationssignal zur Kompensation der durch die Erddrehung induzierten Drift«· des Kurskreisels ergibt sich folgendermaßen:

Zu kompensieren ist die um die Eingangsachse des Kurskreisels

wirksame Komponente

der Erddrehung. In dem erdfesten

R R

Koordinatensystem mit χ = Nordrichtung, y = Ostrichtung und

ζ = Vertikale ist die Drehgeschwindigkeit der Erde durch einen Vektor

(13)

•e	COS 0	9		Q 0C
Q	sin	•		-Q g
		_

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dargestellt, wobei« der Betrag der Drehgeschwindigkeit der Erde und♦ die geographische Breite ist. Die Drallachse des Kurskreisels wird horizontal gehalten. Zur Transformation

des Drehgeschwindigkeitsvektors Q _ in ein den Eingangsachsen des Kurskreisels entsprechendes Koordinatensystem kann die

R KK

Transformationsmatrix C_v von Gleichung (1) als C_n benutzt werden, wenn man φ = 0 setzt. Es ergibt sich

Q KK _ „KR Q R _ ι _R j Q^

E ^LR ' ^UE I ^KK / E , (14)

wobei das Symbol "T" die durch Vertauschung von Zeilen und Spalten erhaltene transponierte Matrix bedeutet. Die hier nur interessierende Z-Komponente der Drehgeschwindigkeit der Erde ist

KK
«Ez "-Ο ^{= C}13 · ⁰C - ^C33 ^Qs ⁽¹⁵⁾

(*_ = «· (sin*,, cos«,.„ . cos* - cos>_v sin* ) (16)

Diese Beziehung wird zur Erzeugung des Kompensationssignals durch den Rechner benutzt, wie unten im Zusammenhang mit Fig. beschrieben werden wird.

Fig. 4 bis 8 zeigen die Erzeugung der Lagewinkelsignale durch die Beschleunigungsmesser 18 und 20. Die Ausgangssignale A und A der Beschleunigungsmesser 18 und 20 sind (unter der Voraussetzung, daß diese hinreichend nahe am Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind):

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Α_χ = g sin» + v _x ^F (17)

A = -g ΞΪηφ cos*+v (18),

wobei g die Erdbeschleunigung ist.

Die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 18,20 sind somit nicht nur von den Lagewinkeln ♦ , Φ des Fahrzeugs 10 und den dadurch hervorgerufenen Komponenten der Erdbeschleunigung, sondern auch von den Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs 10 über Grund abhängig. Zur Bestimmung der Lagewinkel müssen

• F * F diese letzteren Komponenten ν und ν eliminiert werden.

• F Hinsichtlich der Geschwindigkeitsänderung ν in Richtung der Querachse des Fahrzeugs 10 kann davon ausgegangen werden, daß das Fahrzeug 10 sich im (auch relativ kurzzeitigen) Mittel nicht in Richtung der Querachse bewegt (V_ = 0), die in Richtung der Querachse auftretende Geschwindigkeitsänderung über Grund also durch ein Tiefpaßfilter 22 (Fig. 4) herausgemittelt werden kann, wobei V_n = 0 als Stützinformation benutzt wird. Das so erhaltene Signal wird mittels eines Dividiergliedes 24 durch den festen Wert g dividiert, wodurch ein Ausgangssignal sin φ cos ♦erhalten wird.

Schwieriger ist die Situation hinsichtlich der in Längsrichtung χ des Fahrzeugs 10 wirksamen und durch den Beschleunigungsmesser 18 (Fig. 1 und 6) gemessenen Beschleunigung. Hier ist

• F
die Geschwindigkeitsänderung ν des Fahrzeugs 10 über Grund u.U. über längere Zeit nicht unerheblich. Untersucht man in einem praktischen Fall die Frequenzspektren der durch Nickbewegungen des Fahrzeugs und Komponenten der Erdbeschleunigung hervorgerufenen Signalanteile (Kurve 26 in Fig. 5) und der durch Geschwindigkeitsänderung über Grund hervorgerufenen Signalanteile (Kurve 28 in Fig. 5), so findet man, daß sich

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diese Frequenzspektren überlappen. Eine Trennung der Signalanteile ist somit nicht einfach durch ein Tiefpaßfilter möglich. Vielmehr erfolgt die Trennung der Signalanteile durch eine Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist und der als redundante Information der von einem Weggeber 30 gelieferte Weg w über Grund zugeführt wird. Ein solcher Weggeber 30 ist bei dem Navigationsgerät der hier vorliegenden Art zur Bestimmung des Standortes aus Kurs und Weg sowieso vorhanden.

An einem Summationspunkt 32 ist einem vorgegebenen und geeignet gewählten Geschwindigkeitsänderungssignal ein noch zu beschreibendes gewichtetes Fehlersignal entgegengeschaltet. Das gebildete Differenzsignal liegt am Eingang eines Integrators 34. Dem Ausgangssignal des Integrators 34 ist an einem Summationspunkt 36 ein ebenfalls gewichtetes Fehlersignal entgegengeschaltet. Das am Summationspunkt 36 gebildete Differenzsignal liegt am Eingang eines Integrators 38. Dem Ausgang des Integrators 38 ist an einem Summationspunkt 40 das Ausgangssignal 10 des Weggebers 30 entgegengeschaltet. Das an dem Summationspunkt 40 gebildete Differenzsignal ist das vorerwähnte Fehlersignal, welches, wie durch die Blöcke 42 und 44 angedeutet, mit Faktoren K₂ bzw. K₁ gewichtet auf die Summationspunkte 32 bzw. 36 aufgeschaltet ist.

Wenn das auf den Summationspunkt 32 aufgeschaltete Geschwindigkeitsänderungssignal nicht der tatsächlichen Geschwindigkeitsänderung über Grund entspricht, dann weicht auch das durch zweimalige zeitliche Integration desselben erhaltene Signal von dem Signal w des Weggebers 30 ab. Es entsteht ein Fehlersignal, welches mit den Gewichten K₂ bzw. K₁ am Eingang der Integratoren 34 bzw. 38 als Korrektursignal wirksam wird solange, bis das Ausgangssignal des Integrators 38 gleich dem tatsächlichen Wegsignal w vom Weggeber 30 wird. Zur Beschleunigung dieses Einstellvorganges können die Gewichte K₁ und K₂ in geeigneter Weise zeitabhängig sein. Das vorgegebene Geschwindigkeitsänderungssignal kann einem mittleren Fahrprofil entsprechen und

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beispielsweise von der Drosselklappenstellung o.dgl. des Antriebsmotors abhängen. Es braucht aber ggf. auch gar kein Geschwindigkeitsänderungssignal vorgegeben zu werden.

Im Gleichgewichtszustand, wenn das Fehlersignal verschwindet, entspricht das Eingangssignal des Integrators 38, d.h. das am Summationspunkt 3 6 gebildete Differenz signal der Fahrzeuggeschwindigkeit·

Das Beschleunigungssignal A des Beschleunigungsmessers 18 wird durch einen Integrator 46 über eine feste Zeit T integriert. Dem Ausgangssignal des Integrators 46 wird an einem Summationspunkt 48 das am Summationspunkt 36 gebildete Differenzsignal, das, wie gesagt, der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, entgegengeschaltet. Dadurch wird derjenige Teil des integrierten Beschleunigungsmessersignals, der von der Geschwindigkeitsänderung über Grund herrührt, eliminiert. Das am Summationspunkt 48 erhaltene Differenzsignal entspricht somit

( g sin* dt.

Dieses Signal wird einem Dividierglied 50 zugeführt, welches eine Division durch g.T bewirkt. Es wird so ein Ausgangssignal erhalten, welches dem Mittelwert des Sinus des Nickwinkels entspricht und als sin* für die weitere Signalverarbeitung benutzt werden kann.

Fig. 7 zeigt die Schaltungsanordnung zur Umsetzung der so erhaltenen Signale in Signale, welche die Winkelfunktionen der Lagewinkel *„. und·., wiedergeben. Die Ausgangssignale A und A werden auf Filterschaltungen 52 bzw. 54 geschaltet, wie sie in Fig. 6 bzw. 4 dargestellt sind. Man erhält so die Signale sin* und βίηφ cos* . Der gemessene Winkel · zwischen der Kursreferenzrichtung und der Fahrzeuglängsachse liegt an einem Eingang 56. Das den Winkel * _v darstellende Signal liegt an

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einem Sinus-Funktionsgeber 58 und an einem Kosinus-Funktionsgeber 60 an. Die Ausgangssignale der Funktionsgeber 58 und 60 geben somit sine und cos e„ wieder.

κ κ

An einem Multiplizierglied 62 liegt einmal der Ausgang sin« _v des Sinus-Funktionsgebers 58 und zum anderen der Ausgang sin des Filters 52 an. Das Multiplizierglied 62 liefert somit ein Signal sin* sin β

Ss.

An einem Multiplizierglied 64 liegt einmal der Ausgang cos« des Kosinus-Funktionsgebers 60 und zum anderen der Ausgang sin des Filters 52 an. Das Multiplizierglied 64 liefert somit ein Signal sin* COSe₁,.

An einem Multiplizierglied 66 liegt einmal der Ausgang cos « _v des Kosinus-Funktionsgebers 60 und zum anderen der Ausgang sin φ cos*des Filters 54 an. Das Multiplizierglied 64 liefert somit ein Signal sin φ cos θ-cos a _v .

An einem Multiplizierglied 68 liegt einmal der Ausgang sine des Sinus-Funktionsgebers 58 und zum anderen der Ausgang sinfcos>des Filters 54 an. Das Multiplizierglied 68 liefert somit ein Signal sin φ cos ♦sine,,.

Die Ausgänge der Multiplizierglieder 64 und 68 werden an einem Summationspunkt 70 addiert. Es ergibt sich dadurch ein Signal

sin* cos« _v + sin φ cos * sin β „. ,

welches gemäß Gleichung (11) den Sinus des Lagewinkels * „ wiedergibt. Dieses Signal sin * _v steht an einem Ausgang 72 der Schaltungsanordnung zur Verfügung. Das Signal sin* _K liegt weiterhin an einem Sinus-Kosinus-Funktionsgeber 74 an, d.h. einem Funktionsgeber, der zu einem auf den Eingang gegebenen Wert eines Sinus den dazugehörigen Kosinus liefert. Praktisch

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V 2
ist das einM-u -Funktionsgeber. Der Ausgang des Sinus-

Kosinus-Funktii
der Schaltung.

Kosinus-Funktionsgebers 74 liegt als cosfr _v an einem Ausgang 76

Der Ausgang sin fr sine „ des Multipliziergliedes 62 ist an einem Summationspunkt 78 dem Ausgang sin« cos* COSe_x. des Multipliziergliedes 66 entgegengeschaltet. Es ergibt sich ein Signal

sine cos fr cos« - sin* sin * ,

K K

welches gemäß Gleichung (12) den Ausdruck sine cos fr _, wiedergibt. Dieses Signal liegt als Zählergröße an einem Quotientenbildner 80 an. Als Nennergröße liegt an dem Quotientenbildner
80 der Ausgang cos fr „ des Sinus-Kosinus-Funktionsgebers 74. Der Quotientenbildner liefert daher ein Ausgangssignal, welcher den Sinus des Rollwinkels e wiedergibt. Dieses Ausgangssignal
sine _v liegt einmal an einem Ausgang 82 der Schaltungsanordnung an. Zum anderen liegt das Signal sin« an einem Sinus-Kosinus-

Funktionsgeber 84, welcher an einem Ausgang 86 der Schaltung

ein Ausgangssignal COSf₁, liefert.

Die Ausgangssignale sin « ,, und cos *_v der Sinus- bzw. Kosinus-Funktionsgeber 58 bzw. 60 liegen ebenfalls an Ausgängen 88 bzw. 90 der in Fig. 7 dargestellten Schaltungsanordnung. Diese
Schaltungsanordnung erzeugt somit aus den gemessenen Größen« „,

A und A die Sinus und Kosinus der auf das kursreferenzfeste
χ y

Koordinatensystem bezogenen Lagewinkel, nämlich sin · , cos * ,

Λ Ja

sine,,, COSf_x,, sin* und cos fr ^.

Diese Signale liegen an den entsprechend bezeichneten Eingängen der Schaltungsanordnung von Fig. 8. Es liegt ferner an einem
Eingang 92 ein Signala von dem Meridiankreisel 14,16, an
einem Eingang 94 ein Signal, das den Betrag « „ der Drehgeschwindigkeit der Erde wiedergibt, und an einem Eingang 96
ein Signal nach Maßgabe der geographischen Breite Φ.

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Das Signal sin» _K vom Eingang 72 liegt zusammen mit dem Signal sinφ vom Eingang 82 an einem Multiplizierglied 98 an. Das Multiplizierglied 98 liefert somit ein Signal sin? _v sin*_v.

Das Signal cos* _v vom Eingang 90 liegt als Zählergröße an einem Quotientenbildner 100 an. Als Nennergröße erhält der Quotientenbildner 100 das Signal sin« vom Eingang 88. Der Quotientenbildner liefert daher ein Signal

Dieses Signal liegt an einem Multiplizierglied 102 an. An dem Multiplizierglied 102 liegt weiterhin das Signal cos*,, von dem Eingang 76. Das Multiplizierglied 102 liefert somit ein Signal

cos«

ΈΪΪΤ- ^cos*k ·
κ

Dieses Signal ist an einem Summationspunkt 104 dem Ausgangssignal sin φ _v sin* „ des Multipliziergliedes 98 entgegen-

J\ IN.

geschaltet. Das so gebildete Differenzsignal liegt als Nennergröße an einem Quotientenbildner 106 an. Als Zählergröße wird auf den Quotientenbildner 106 das Signal cos φ „ vom Eingang 86 geschaltet. Der Ausgang des Quotientenbildners ist daher

^COS»

cos« „ . cos sin* sin» + *

sin«_K

Das ist gemäß Gleichung (7) der Tangens des Kurswinkels tan# _v. Dieses Signal wird auf einen Arcustangens-Funktionsgeber 108 geschaltet. Dieser Arcustangens-Funktionsgeber 108 liefert ein den Kurswinkel Φ _v wiedergebendes Signal an einem Ausgang 110.

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Das Signal Φ am Eingang 96 ist auf einen Sinus-Funktionsgeber 112 und auf einen Kosinus-Funktionsgeber 114 geschaltet, welche Signale sin Φ bzw. cos Φ liefern. Das Ausgangssignal sin φ des Sinus-Funktionsgebers 112 liegt zusammen mit dem Signal «»„ vom Eingang 94 an einem Multiplizierglied 116 an. Das Ausgangssignal cos Φ des Kosinus-Funktionsgebers 114 liegt zusammen mit dem Signal ω vom Eingang 94 an einem Multiplizier glied 118 an. Die Ausgangssignale der Multiplizierglieder 116,118 sind somit ω είηΦ bzw. ω cos φ . Das Ausgangssignal

L· fcj

des Multipliziergliedes 116 liegt an einem Multiplizierglied 120 an. Auf das Multiplizierglied 120 ist außerdem das Signal cos* „ von dem Eingang 7 6 geschaltet. Das Multiplizierglied 120 liefert somit ein Signal "> sin φ cos * Das Ausgangssignal « cos φ des Multipliziergliedes 118 liegt an einem Multiplizierglied 122 an. Auf dieses Multiplizierglied 122 ist außerdem das Signal sin * von dem Eingang 7 2 geschaltet. Das

Multiplizierglied 122 liefert somit ein Signal ω cos Φ sin* Das Signal« vom Eingang 92 liegt an einem Kosinus-Funktionsgeber 124 an, der somit ein Signal cos « liefert. Dieses Signal cos * _MK liegt an einem Multiplizierglied 126 an. Auf das Multiplizierglied 126 ist weiterhin das Ausgangssignal o» cos Φ sin* _v des Multipliziergliedes 126 geschaltet. Dem Ausgangssignal des Multipliziergliedes 126 ist an einem Summationspunkt 128 das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 120 entgegengeschaltet. Es ergibt sich somit an einem Ausgang 130 ein Signal

«· (cos Φ εϊηθ· cos« .,_v - sin φ cos* ) .

Das ist nach Gleichung (16) die durch die Erddrehung induzierte Drift«· des Kurskreisels.

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Bei Navigation in einem Gitterkoordinatensystem (vgl. DT-OS 25 45 025) wird die induzierte Drifte* des Kurskreisels mit einem entsprechenden Gegenmoment kompensiert. Der wahre Kurs gegen geographisch Nord ist

FG MK K ^V '

Der wahre Kurs bezogen auf "Gitternord" ist

*FN ^{= -}FG - ^{MK =} V ^{+ Φ}Κ - ^{m (20)} ' wobei MK die Meridiankonvergenz ist.

Die Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit ergeben sich aus dem Geschwindigkeitsvektor und der Richtungskosinusmatrix. Bei Navigation in einem UTM-Gitter wird

V_x = V_x ^F cos« _FN cos» (21)

V_y = V_x ^F sin« _FN cos» (22)

Fig. 9 zeigt eine Alternativlösung zu Bildung der Sinus und Kosinus der Lagewinkel des Fahrzeugs. Statt der Beschleunigungsmesser 18 und 20 sind Libellen 132 und 134 vorgesehen. Die Libelle 132 mißt den Winkel ß zwischen der Fahrzeuglängsachse

F
χ und der Schnittlinie s zwischen der von den fahrzeugfesten

F F

Koordinatenachsen χ und ζ gebildeten Ebene und der Horizontal-

R R ebene, die von den erdfesten Koordinatenachsen χ und y definiert ist (vgl. Fig. 2). Die Libelle 134 mißt dazu

F senkrecht den Winkel zwischen der Fahrzeugquerachse y und der Schnittlinie zwischen der von den fahrzeugfesten Koordinaten-

F F
achsen y und ζ gebildeten Ebene und der Horizontalebene.

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-2/- 27AAA31

Es ergeben sich zwischen den von den Libellen 132,134 gemessenen Winkeln P und Y und den auf das kursreferenzfeste Koordinatensystem bezogenen Lagewinkeln θ· und φ folgende Beziehungen:

cos P sinx sin« + sin P cos Tcos«_v (23)

λ I\ Ja

sin» _K = _w

cos? sinT cosat_v - sin? cosy sin«„ (24)

Ja X\

^3ΐηφΚ ⁼ W cos*

cos P cos T (25)

^COS*K ⁼ W cos * _v

-Vi-

.2 α _,_2

W = V1 - sin P sin^ T (26)

Diese Beziehungen werden bei der Rechnerschaltung von Fig. 9 benutzt.

Das von dem Kursreferenzgerät gelieferte Winkelsignal «_R liegt an einem Sinus-Funktionsgeber 136 und an einem Kosinus-Funktionsgeber 138 an. Der Sinus-Funktionsgeber 136 liefert ein

Signal sin« _v an einem Ausgang 140 der Schaltungsanordnung. Der κ

Kosinus-Funktionsgeber 138 liefert ein Signal cose_R an einem Ausgang 142 der Schaltungsanordnung.

Das Signal ß von der Libelle 132 liegt an einem Sinus-Funktionsgeber 144 und an einem Kosinus-Funktionsgeber 146. Das Signal γ von der Libelle 134 liegt an einem Sinus-Funktionsgeber 148 und an einem Kosinus-Funktionsgeber 150.

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Das Ausgangssignal cos β des Kosinus-Funktionsgeber 146 und das Ausgangssignal cost des Kosinus-Funktionsgebers 150 liegen an einem Multiplizierglied 152 an. Das Multiplizierglied 152 liefert somit ein Ausgangssignal cos? cost ♦ Das Ausgangssignal sin 3 des Sinus-Funktionsgebers 144 und das Ausgangssignal cos χ des Kosinus-Funktionsgebers 150 liegen an einem Multiplizierglied 154 an. Das Multiplizierglied 154 liefert somit ein Ausgangssignal sin ß cos γ . Das Ausgangssignal cos P des Kosinus-Funktionsgebers 146 und das Ausgangssignal sin ϊ des Sinus-Funktionsgebers 148 liegen an einem Multiplizierglied 156 an. Das Multiplizierglied 156 liefert somit ein Ausgangssignal cos ? sinT

An einem Multiplizierglied 158 liegt einmal der Ausgang sine _v des Sinus-Funktionsgebers 136 und zum anderen der Ausgang des Multipliziergliedes 154 an. Das Multiplizierglied 158 liefert somit ein Ausgangssignal sin β cos γ . sin« _v.

An einem Multiplizierglied 160 liegt einmal der Ausgang cos« _v des Kosinus-Funktionsgebers 138 und zum anderen ebenfalls der Ausgang des Multipliziergliedes 154 an. Das Multiplizierglied 160 liefert somit ein Ausgangssignal sin P cos T . cos · .

An einem Multiplizierglied 162 liegt einmal der Ausgang cos« _R des Kosinus-Funktionsgebers 138 und zum anderen der Ausgang des Multipliziergliedes 156 an. Das Multipliziergliedes 162 liefert somit ein Ausgangssignal cos P sin γ cos α _v.

An einem Multiplizierglied 164 liegt einmal der Ausgang sin« _v des Sinus-Funktionsgebers 136 und zum anderen ebenfalls der Ausgang des Multipliziergliedes 156. Das Multiplizierglied 164 liefert somit ein Ausgangssignal cos P sin γ sin «„.

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33 ^27U431

An einem Summationspunkt 166 ist dem Ausgangssignal des Multipliziergliedes 162 das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 158 entgegengeschaltet. Das so gebildete Differenzsignal ist

cos P sin γ cos « _v - sin P cos γ sin« _v.

An einem Summationspunkt 168 werden das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 160 und das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 164 addiert. Das so gebildete Summensignal ist

sin P cosy cos« + cos P siny sin« .

An beiden Eingängen eines Multipliziergliedes 170 liegt der Ausgang cos P sin γ des Multipliziergliedes 156. Das Multi-

2 2 plizierglied 170 bildet somit das Quadrat cos P sin γ . An beiden Eingängen eines Multipliziergliedes 172 liegt der Ausgang cosy des Kosinus-Funktionsgebers 150. Das Multiplizier-

2 glied 172 bildet somit das Quadrat cos γ . Das Ausgangssignal der beiden Multiplizierglieder 170 und 172 werden in einem Summationspunkt 174 addiert. Das so gebildete Summensignal liegt an einem Wurzel-Funktionsgeber 176 an, der somit ein Ausgangssignal

V2 2 2 \l 2 2 * cos γ + cos ß sin γ = γ1 - sin γ sin ß =

entsprechend Gleichung (26) liefert.

An einem Quotientenbildner 178 liegt als Zählergröße das Summensignal vom Summationspunkt 168 und als Nennergröße der Ausgang W des Wurzel-Funktionsgebers 176. Der Quotientenbildner 178 liefert somit ein Ausgangssignal

2
sin P cosy cos«.. + cos ß sin γ sin«

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Das ist aber nach Gleichung (23) der Sinus des Nickwinkels * _v. Das Ausgangssignal sin θ· des Quotientenbildners 178 liegt an einem Ausgang 180 der Schaltungsanordnung an. Es liegt weiterhin an einem Sinus-Kosinus-Funktionsgeber 182, der ein Ausgangssignal cos ♦ _v liefert. Das Ausgangssignal cos ♦ _v des Sinus-Kosinus-Funktionsgebers 182 liegt an einem Ausgang 184 der Schaltungsanordnung und außerdem an einem Multiplizierglied 186. An dem Multiplizierglied 186 liegt weiterhin das Ausgangssignal W des Wurzel-Funktionsgebers 176. Das Multiplizierglied 186 liefert somit ein Ausgangssignal W . cos* _v.

An einem Quotientenbildner 188 liegt als Zählergröße der Ausgang cos β cosy des Multipliziergliedes 152 und als Nennergröße der Ausgang des Multipliziergliedes 186. Der Quotientenbildner 188 liefert somit ein Ausgangssignal

cos P . cos T

W cos «■

Gemäß Gleichung (25) ist das cos φ _v. Das Ausgangssignal cos φ liegt an einem Ausgang 190 der Schaltungsanordnung an.

An einem Quotientenbildner 192 liegt als Zählergröße das Differenzsignal von dem Summationspunkt 166 und als Nennergröße ebenfalls das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 186 an. Der Quotientenbildner 192 liefert somit ein Ausgangssignal

cos ß sin γ cos * _v - sin P cos γ sin« _v

~W cos* _v

und das ist nach Gleichung (24) der Sinus des Rollwinkels. Das Signal sin
anordnung.

Signal sin φ liegt an einem Ausgang 194 der Schaltungs-

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Die Schaltungsanordnung von Fig. 9 kann statt der Schaltungsanordnung von Fig. 7 in Verbindung mit der Schaltungsanordnung von Fig. 8 benutzt werden.

Der Rechner ist vorstehend anhand der Verarbeitung analoger Signale beschrieben. Die Signalverarbeitung kann aber auch mit einem entsprechend programmierten Digitalrechner digital vorgenommen werden. Die einzelnen hier beschriebenen Bauelemente können dann als Symbole für entsprechende Rechenoperationen in dem Digitalrechner betrachtet werden.

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Leerseite

Claims (7)

274U31 Patentansprüche

1.j Navigationsgerät zur Navigation von Landfahrzeugen, enthaltend: ein Kursreferenzgerät, welches ein kursreferenzfestes kartesisches Koordinatensystem festlegt, dessen eine Koordinatenachse parallel zur Hochachse des Fahrzeugs verläuft und dessen zweite Koordinatenachse eine durch einen Kurskreisel bestimmte Kursreferenzrichtung bildet, gegenüber welcher ein Kurswinkel der Fahrzeuglängsachse gemessen wird, während die dritte Koordinatenachse senkrecht zu diesen beiden Koordinatenachsen verläuft, einen Bewegungsgeber zu Erzeugung eines die Bewegung des Fahrzeugs über Grund wiedergebenden Signals, einen Rechner, der mit dem Kursreferenzgerät und dem Bewegungsgeber verbunden und zur Erzeugung von Ausgangssignalen entsprechend den Fahrzeugkoordinaten aus den von dem Kursreferenzgerät und dem Bewegungsgeber gelieferten Kurswinkel- und Bewegungssignalen eingerichtet ist, und Mittel zur Kompensation der durch die Erddrehung induzierten Drift des Kurskreisels,

dadurch gekennzeichnet,

daß Lagefühler (18,20) vorgesehen sind, welche auf Abweichungen der
(z ) ansprechen,

Abweichungen der Fahrzeughochachse (z ) von der Vertikalen

daß der Rechner zur Berechnung der Lagewinkel und/oder des Sinus und Kosinus derselben aus den Signalen der Lagefühler (18,20) eingerichtet ist (Fig. 7), und

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daß der Rechner weiterhin unter Benutzung der so erhaltenen Lagewinkel und/oder deren Sinus und Kosinus zur Transformation des im kursreferenzfesten Koordinaten-

KKK
system (x , y , ζ ) gemessenen Kurswinkels ( λ ) in einen auf

RRR ein erdfestes Koordinantensystern (x , y , ζ ) bezogenen Kurswinkel (ψ ) für die Berechnung der Fahrzeugkoordinaten, sowie zur Erzeugung eines Kompensationssignals (ω ) zur Kompensation der induzierten Drift in dem kursreferenzfesten Koordinatensystem eingerichtet ist (Fig. 8).

2. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß als Lagefühler für den Nickwinkel ein Beschleunigungsmesser (18) vorgesehen ist, dessen Empfindlichkeitsachse

F parallel zur Fahrzeuglängsachse (x ) liegt,

daß das Signal (A ) des Beschleunigungsmessers auf einen ersten Integrator (46) geschaltet ist, der das Signal über eine vorgegebene Integrationszeit (T) integriert,

daß der Bewegungsgeber ein Weggeber (30) ist, der ein Wegsignal (w) nach Maßgabe des von dem Fahrzeug (10) in Richtung

liefert,

F Richtung der Fahrzeuglängsachse (x ) zurückgelegten Weges

daß ein zweiter und ein diesem nachgeschalteter dritter Integrator (34 bzw. 38) vorgesehen sind,

daß das Wegsignal (w) dem Ausgang des dritten Integrators (38) zur Bildung eines Fehlersignals entgegengeschaltet ist,

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daß das Fehlersignal mit Faktoren (K., K₂) gewichtet dem gegebenenfalls an dem zweiten Integrator (34) anliegenden Eingangssignal sowie dem Ausgangssignal dieses zweiten Integrators (34) entgegengeschaltet ist,

daß das durch das Fehlersignal korrigierte Ausgangssignal des zweiten Integrators (34), welches das Eingangssignal des dritten Integrators (38) bildet, gleichzeitig dem Ausgangssignal des ersten Integrators (46) entgegengeschaltet ist und

daß das so erhaltene Differenzsignal zur Bildung eines den Sinus des Nickwinkels wiedergebenden Signals durch das Produkt von Erdbeschleunigung und Integrationszeit dividiert wird.

3. Navigationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines das Produkt von Sinus des Rollwinkels und Kosinus des Nickwinkels wiedergebenden Signals das Ausgangssignal eines Beschleunigungsmessers (20),

F dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Querachse (y ) des Fahrzeugs (10) verläuft, auf einen Tiefpaß (22) geschaltet ist und das Ausgangssignal des Tiefpasses (22) durch die Erdbeschleunigung (g) dividiert wird.

4. Navigationsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Berechnung der Sinus und Kosinus der Lagewinkel des Fahrzeugs gemessen als Drehung um die Achsen des kursreferenzfesten Koordinatensystems der Rechner einen Sinus-Funktionsgeber (58) und einen Kosinus-Funktionsgeber

(60) aufweist, auf welche ein den Winkel ( at ) zwischen

K F

Kursreferenzrichtung (x ) und Fahrzeuglängsachse (x ) wiedergebendes Signal geschaltet ist und deren Ausgangssignale an je einem Ausgang (88,90) ausgegeben werden,

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- 29 -

-29--

daß das gefilterte Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers (18), dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur

F
Fahrzeuglängsachse (x ) verläuft, auf ein erstes und ei zweites Multiplizierglied (62 bzw. 64) geschaltet ist,

daß das gefilterte Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers (20), dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur

F
Querachse (y ) des Fahrzeugs (10) verläuft, auf ein drittes und ein viertes Multiplizierglied (66 bzw. 68) geschaltet ist,

daß das Ausgangssignal des Sinus-Funktionsgebers (58) als zweite Eingangsgröße auf das erste und das vierte Multiplizierglied (62 bzw. 68) geschaltet ist,

daß das Ausgangssignal des Kosinus-Funktionsgebers (60) als zweite Eingangsgröße auf das zweite und das dritte Multiplizierglied (64 bzw. 66) geschaltet ist,

daß in einem ersten Summationspunkt (78) die Ausgangssignale des ersten und des dritten Multipliziergliedes (62 bzw. 66) einander zur Bildung eines Differenzsignals entgegengeschaltet sind,

daß in einem zweiten Summationspunkt (70) die Ausgangssignale des zweiten und des vierten Multipliziergliedes (64 bzw. 68) zur Bildung eines Summensignals überlagert sind,

daß das Summensignal als Sinus des Nickwinkels (* „) an einem Ausgang (72) ausgegeben wird und gleichzeitig über einen Sinus-Kosinus-Funktionsgeber (74) als Kosinus des Nickwinkels einen weiteren Ausgang (76) beaufschlagt,

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daß ein Quotientenbildner (80) vorgesehen ist, dem als Zählergröße das Differenzsignal und als Nennergröße das Ausgangssignal des Sinus-Kosinus-Funktionsgebers (74) zugeführt wird, und

daß das Ausgangssignal des Quotientenbildners (80) als Sinus des Rollwinkels ( φ ) an einem Ausgang (82) anliegt und gleichzeitig über einen weiteren Sinus-Kosinus-Funktionsgeber (84) als Kosinus des Rollwinkels einen weiteren Ausgang (86) beaufschlagt.

5. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß als Lagefühler zwei in einer Längs- bzw. einer Querebene des Fahrzeugs (10) angeordnete Libellen (132,134) vorgesehen sind, die gefilterte erste und zweite Winkelsignale ( j5 bzw. γ ) liefern,

daß das erste Winkelsignal ( β ) auf einen ersten Sinus-Funktionsgeber (144) und einen ersten Kosinus-Funktionsgeber (146) und das zweite Winkelsignal (γ ) auf einen zweiten Sinus-Funktionsgeber (148) und einen zweiten Kosinus-Funktionsgeber (150) geschaltet ist,

daß ein erstes, ein zweites und ein drittes Multiplizierglied (152,154 bzw. 156) vorgesehen sind, wobei an dem ersten Multiplizierglied (152) die Ausgangssignale des ersten Kosinus-Funktionsgebers (146) und des zweiten Kosinus-Funktionsgebers (150), an dem zweiten Multiplizierglied (154) die Ausgangssignale des ersten Sinus-Funktionsgebers (144) und des zweiten Kosinus-Funktionsgebers (150) und an dem dritten Multiplizierglied (156) die Ausgangssignale des ersten Kosinus-Funktionsgebers (146) und des zweiten Sinus-Funktionsgebers (148) anliegen,

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ic ~

daß ein den Winkel (% _v) zwischen Kursreferenzrichtung und Fahrzeuglängsachse wiedergebendes Signal auf einen dritten Sinus-Funktionsgeber (136) und einen dritten Kosinus-Funktionsgeber (138) geschaltet ist, deren Ausgangssignale an je einem Ausgang (140 bzw. 142) der Schaltung (Fig. 9) erscheinen,

daß ein viertes, ein fünftes, ein sechstes, ein siebentes, ein achtes und ein neuntes Multiplizierglied (158, 160,162,164,170 bzw. 172) vorgesehen sind, wobei an dem vierten Multiplizierglied (158) die Ausgänge des dritten Sinus-Funktionsgebers (136) und des zweiten Multipliziergliedes (154), an dem fünften Multiplizierglied (160) die Ausgänge des dritten Kosinus-Funktionsgebers (138) und des zweiten Multipliziergliedes (154), an dem sechsten Multiplizierglied (162) die Ausgänge des dritten Kosinus-Funktionsgebers (138) und des dritten Multipliziergliedes (156), an dem siebenten Multiplizierglied (164) die Ausgänge des dritten Sinus-Funktionsgebers (136) und des dritten Multipliziergliedes (156), an beiden Eingängen des achten Multipliziergliedes (170) der Ausgang des dritten Multipliziergliedes (156) und an beiden Eingängen des neunten Multipliziergliedes (172) der Ausgang des zweiten Kosinus-Funktionsgebers (150) anliegen,

daß an einem ersten Summationspunkt (166) die Ausgänge des sechsten und des vierten Multipliziergliedes (162 bzw. 158) zur Bildung eines Differenzsignals gegeneinandergeschaltet, an einem zweiten Summationspunkt (168) die Ausgänge des fünften und des siebten Multipliziergliedes (160 bzw. 164) zur Bildung eines ersten Summensignals überlagert und an einem dritten Summationspunkt (174) die Ausgänge des achten und des neunten Multipliziergliedes (170,172) zur Bildung eines zweiten Summensignals überlagert sind,

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274U31

daß das zweite Summensignal auf einen Wurzel-Funktionsgeber (176) geschaltet ist,

daß das erste Summensignal als Zählergröße an einem ersten Quotientenbildner (178) anliegt, auf den als Nennergröße der Ausgang des Wurzel-Funktionsgenerators (176) aufgeschaltet ist,

daß der Ausgang des ersten Quotientenbildners (178) einmal als ein den Sinus des Nickwinkels ( θ· „) wiedergebendes Signal an einem Ausgang (180) der Schaltungsanordnung erscheint und zum anderen an einem Sinus-Kosinus-Funktionsgeber (182) anliegt,

daß der Ausgang dieses Sinus-Kosinus-Funktionsgebers (182) einmal als ein den Kosinus des Nickwinkels wiedergebendes Signal an einem Ausgang (184) der Schaltungsanordnung erscheint, und zum anderen an einem zehnten Multiplizierglied (186) anliegt, auf welches weiterhin der Ausgang des Wurzel-Funktionsgebers (178) geschaltet ist,

daß an einem zweiten Quotientenbildner (188) als Zählergröße der Ausgang des ersten Multipliziergliedes (152) und als Nennergröße der Ausgang des zehnten Multipliziergliedes (186) anliegt und der Ausgang des zweiten Quotientenbildners (188) als ein den Kosinus des Rollwinkels wiedergebendes Signal an einem Ausgang (190) der Schaltungsanordnung erscheint und

daß an einem dritten Quotientenbildner (192) als Zählergröße das Differenzsignal und als Nennergröße der Ausgang des zehnten Multipliziergliedes (186) anliegt und der Ausgang des dritten Quotientenbildners (192) als ein den Sinus des Rollwinkels (φ _v) wiedergebendes Signal an einem Ausgang (194) der Schaltungsanordnung erscheint.

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6. Navigationsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Bildung des Kurswinkels (φ ) ein den Sinus des

Nickwinkels (θ- _v) wiedergebendes Signal und ein den Sinus

des Rollwinkels (φ „) wiedergebendes Signal auf ein Multiplizierglied (98) geschaltet sind,

daß ein den Kosinus des Winkels (α _v) zwischen Kursreferenzrichtung und Fahrzeuglängsachse wiedergebendes Signal und ein den Sinus dieses Winkels wiedergebendes Signal als Zähler bzw. Nennergröße auf einen Quotientenbildner (100) geschaltet sind,

daß der Ausgang des Quotientenbildners (100) und ein den Kosinus des Nickwinkels (<► _v) wiedergebendes Signal an einem weiteren Multiplizierglied (102) anliegen,

daß die Ausgänge des ersteren Multipliziergliedes (98) und des weiteren Multipliziergliedes (102) an einem Summationspunkt (104) zur Bildung eines Differenzsignals gegeneinandergeschaltet sind,

daß dieses Differenzsignal als Nennergröße und ein den Kosinus des Rollwinkels (φ _v) wiedergebendes Signal als Zählergröße auf einen weiteren Quotientenbildner (106) geschaltet sind und

daß der Ausgang des Quotientenbildners (106) einen Arcustangens-Funktionsgeber (108) zur Erzeugung des den Kurswinkel wiedergebenden Signals (ψ _v) beaufschlagt.

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7. Navigationsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Erzeugung eines Kompensationssignals zur Kompensation des Einflusses der durch die Erddrehung induzierten Drift (u> _n) des Kurskreisels ein die geographische Breite (φ ), ein die Drehgeschwindigkeit (ω ) der Erde und ein den Winkel zwischen Kursreferenzrichtung und Nord (« _M„) wiedergebendes Signal auf den Rechner aufschaltbar sind,

daß das die geographische Breite (φ) wiedergebende Signal auf einen Sinus-Funktionsgeber (112) und einen Kosinus-Funktionsgeber (114) geschaltet ist,

daß der Ausgang des Sinus-Funktionsgebers (112) zusammen mit dem die Drehgeschwindigkeit (ω ) der Erde wiedergebenden Signal auf ein erstes Multiplizierglied (116) geschaltet ist,

daß der Ausgang des Kosinus-Funktionsgebers (114) zusammen mit dem die Drehgeschwindigkeit (m ) der Erde wieder-

Ei

gebenden Signal auf ein zweites Multiplizierglied (118) geschaltet ist,

daß der Ausgang des ersten Multipliziergliedes (116) zusammen mit einem den Kosinus des Nickwinkels ( * _v) wiedergebenden Signal an einem dritten Multiplizierglied (120) anliegt,

daß der Ausgang des zweiten Multipliziergliedes (118) zusammen mit einem den Sinus des Nickwinkels (* ) wiedergebenden Signal an einem vierten Multiplizierglied (122) anliegt,

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'/'no

daß das den Winkel (* _M„) zwischen Kursreferenzrichtung

jyii\

und Nord wiedergebende Signal auf einen Kosinus-Funktionsgeber (124) geschaltet ist,

daß das Ausgangssignal dieses Kosinus-Funktionsgebers (124) zusammen mit dem Ausgangssignal des vierten Multipliziergliedes (122) an einem fünften Multiplizierglied (126) anliegt und

daß an einem Summationspunkt (128) die Ausgangssignale des fünften und des dritten Multipliziergliedes (126 bzw. 120) zur Erzeugung des Kompensationssignals einander entgegengeschaltet sind.

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