DE2947863A1 - Sich selbst ausrichtende strap-down- steuerkurs- und stellungs-bezugssystem - Google Patents

Description

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L/p 10!04-O

Anmelder: LITTON SYSTEMS,INC., 360 North Crescent Drive, Beverly Hills/California 90210, USA

Titel: "Sich selbst ausrichtende Strap-Down-Steuerkurs- und Stellungs-Bezugssystem".

Priorität: USA - Ser. No. 965.004 vom 30.11.1978

03G024/0767

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 839 300 Gerichtsstand Regensburg Postscheck München 893 69-801 ,

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"Sich selbst ausrichtende Strap-Down-Steuerkurs- und Stellungs-Bezugssysteme"

Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung ist ein Bezugssystem mit zwei Gyroskopen mit zwei Freiheitsgraden und mindestens zwei Beschleunigungsmessern, die auf einer Drehscheibe eines Fahrzeuges befestigt sind. Die Drehscheibe kann um eine vertikale Achse des Fahrzeuges in einer von zwei um 180 aus der Ausrichtung versetzte Positionen eingestellt werden. Nach dem Ausrichten wird die Drehscheibe in ihre Nullgrad-Position gefesselt, und die Instrumente werden im Anschluß daran in Strap-Down-Art betrieben, wobei die Gier-, Roll und Nick-Winkel des Fahrzeuges durch Rechner gesteuert werden, die auf Signale aus den Gyroskopen und den Beschleunigungsmessern ansprechen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätiges Steuerkurs-Bezugs-System, bei dem Gyroskope und Beschleunigungsmesser verwendet werden, die in Strap-Down-Weise mit einem Trägerfahrzeug verbunden sind, sowie mit einem Rechner zur Erzeugung von Signalen in erdfesten Koordinaten.

Bekannte Bezugssysteme machen einen externen Steuerkursbezug, üblicherweise magnetisch, erforderlich, um einen Steuerkurs aufzubauen und aufrechtzuerhalten; die Genauigkeit ist dabei auf die der externen Quelle beschränkt. Bei bekannten Einrichtungen gilt:

1. Eine Plattform wird auf Karanringen relativ zum Fahrzeug abgestützt, die Plattform wird durch Signale aus den Gyroskopen und Beschleunigungsmessern örtlich waagerecht gehalten.

2. Es wird ein einziges Gyroskop verwendet und auf Kardanringen aufgehängt, wobei die Spin-Achse vertikal oder horizontal verlauf to Das Gyroskop wird an Ort und Stelle gehalten und die Ausgangssignale dienen zur Erzeugung auswertbarer Signale.

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3. Es werden Winkelgeschwindigkeiten indirekt über Kardanresolver eingef üiirt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter Bezugssysteme auszuschalten, um ein exakt arbeitendes, selbstausrichtendes Steuerkurs- und Stellungssystem mit geringen Kosten zu schaffen, das unabhängig von Anfangstemperaturen arbeitet und das Signale erzeugt, die ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit unddie WinkeIpοsition eines Fahrzeuges relativ zu einem erdfesten Satz von rechtwinkeligen Koordinaten darstellen; hierbei soll der erdfeste Satz von Koordinaten Word-Süd, Ost-West und vertikal sein.

Gemäß der Erfindung ist ein Bezugssystem der gattungsgemäßen Art gekennzeichnet durch einen Drehteller, der drehbar um die z-Achse des Fahrzeuges befestigt ist und eine Vorrichtung zur Positionierung des Drehtellers in einer vorgegebenen Null-Grad-Position sowie eine Vorrichtung zum Drehen des Drehtellers aus der Nullposition in eine um 180° versetzte Position aufweist, wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeitssensoren, die auf dem Drehteller befestigt sind und deren Abfühlachsen parallel zu den x-, y- und z-Achsen verlaufen, wenigstens zwei Beschleunigungsmesser, die auf dem Drehteller befestigt sind und deren Abfühlachsen parallel zu den x- und y-Achsen verlaufen, eine Vorrichtung zum anfänglichen Speichern von Signalen aus den Gesiiwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmessern, wenn das Fahrzeug im wesentlichen stationär ist und der Drehteller seine Nullposition einnimmt, eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehbewegung des Drehtellers aus der Null-Grad-Position in die 180°-Position, eine Vorrichtung zum Kombinieren von Signalen aus den Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmessern, wenn der Drehteller seine 180°-Position einnimmt, mit den gespeicherten Signalen, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen, und eine Vorrichtung zum Kombinieren der Summen- und Differenzsignale zur Erzeugung von Beschleunigungsmesser- und Geschwindigkeitssensor-Anfangsvorspannsignalen, Geschwindigkeitssensor-Skalenfaktorsignalen und Signalen, die die anfänglichen Stellungswinkel zwischen den x-, y- und z-Achsen und einem Bezugskoordinatensatz anzeigen.

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Oopy

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Bei einem fahrzeugbezogenen kartesischen xyz-Koordinatensystem (Roll-, Steig-, Gier-Achsen) ist ein Rahmen oder eine Plattform willkürlich um 180° um die z-Achse drehbar. Die Plattform wird zuerst mit den Plattformachsen in der +-Richtung von xyz ausgerichtet, die Gyroskopabfühlachsen v/erden mit den χ y z-Achsen und die Abfülllachsen der Beschleunigungsmesser mit den χ y-Achsen ausgerichtet. Winkelgeschwindigkeitsinformation und Beschleunigungsinformation von den Geräten werden bei ruhendem Fahrzeug gespeichert. Die Plattform wird dann um 180° um die z-Achse gedreht, und die Geräte werden erneut abgelesen. Die Geräteinformation wird dann in einem Rechner (analog oder digital) zur Berechnung der anfänglichen Roll-, Steig- und Gierwinkel der Plate form und des Fahrzeuges sowie zurBerechnung der echten Nordrichtung verwendet. Dann wird die Anordnung in den Betriebszustand übergeführt und die anfangs berechneten V/er te werden zu-sammen mit den neuesten Geräteablesungen verwendet, um der Geschwindigkeit, der Position, dem Rollwinkel und dem Steigungswinkel des Fahrzeuges zu folgen.

Die Einrichtung nach der Erfindung verwendet eine Drehscheibe, die drehbar um einen Gier- oder Azimuth-"Z"-Achse in einem Fahrzeug drehbar ist. Die Drehscheibe wird zwischen einer Nullgrad-Position und einer 180°-Position über einen Motor und ein Getriebe angetrieben. Ansätze an den Hull- und 180 -Positionen stellen die Drehscheibe in exakter V/eise ein. Auf der Drehscheibe sind zwei Gyroskope mit zwei Freiheitsgraden und wenigstens zwei Beschleunigungsmesser ang-.eordnet. Die Gyroskope sind so ausgerichtet, daß sie Winkelgeschwindigkeitssignale um x- und y-Achsen senkrecht zur z-Achse und um die z-Achse erzeugen. Die Beschleunigungsmesser sind so ausgerichtet, daß sie die Beschleunigung in Richtung der x- und y-Achsen messen. Wahlweise mißt ein dritter Beschleunigungsmesser die Beschleunigung längs der z-Achse Gyroskopvorspannfehler und das anfängliche Kippen der Gyroskope in bezug auf die Schwerkraft werden durch Messen der Ausgänge der Sensore) der Gyroskope und der Beschleunigungsmesser zuerst in einer 0 - und dann in einer 180°-Brehung bestimmt, wobei die Drehscheibe zuerst die 0°- und dann die I80°-Position einnimmt. Nach einer anfänglichen Ausrichtung vierdon die Ausgänge der Gyroskop- und Beschleunigungsmesser-Sensoren an einen Rechner gegeben, damit Fehler in den Signalen

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COPY

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subtrahiert werden und damit die Signale in Erdkoordinaten aufgelöst werden. Die aufgelösten Signale können dann entweder von einer Bedienungsperson oder einem Autopiloten verwendet werden, um ein Fahrzeug, z.B. einen Hubschrauber, ein Flugzeug, einen Tank oder einen Lastwagen zu steuern.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist ein Steuerkurs- und Stellungs-Bezugssystem, das im Strap-Down-Betrieb arbeitende Gyroskope und Beschleunigungsmesser zusammen mit Beschleunigungsmessern zur Erzeugung exakter Fahrzeugstellungen und Steuerkurse wie auch Fahrzeugwinkelgeschwindigkeiten verwendet. Die speziellen, durch die Werte M, Q, A und auftretenden Fehler sind trocken abgestimmten Rotorgyroskopen mit Biegeaufhängung eigen. Andere Arten von Gyroskopen, wie auch andere Winkelgeschwindigkeitssensoren lassen sich ebenfalls verwenden. Beispielsweise können nukleare magnetische Resonanz-Gyroskope und Laser-Gyroskope verwendet werden. Andere Arten von Gyroskopen und Geschwindigkeitssensoren haben ihre eigenen Fehlerquellen und diese Fehlerquellen können durch die Anfangsabfühlung identifiziert werden, bei der die Drehscheibe zuerst in der einen Stelung und dann in der um 180 gedrehten Stellung abgefühlt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Drehscheibe, die um eine Achse relativ zu einem Fahrzeug drehbar befestigt ist, sowie die Gyroskope, Beschleunigungsmesser und den Temperatursensor, die auf dem Fahrzeug befestigt sind,

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2b eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3a, yo und 3c eine schematische Drehung der Koordinaten um einen Satz von Euler-Winkeln,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Zeitsteuerung, die während des Ausrichtens verwendet wird,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung von Anfangs-Vorspannsignalen und -Beschleunigungssignale für die x- und y-Beschleunigungsmesser,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung von Anfangs-/¹ und ^-Winkeln,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung eines Anfangs-Gyroskopvorspannsignales für ein Gyroskop,

Fig. 8 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Skalenfaktorsignales für den z-Achsen-Sensor an einem der Gyroskope,

Fig. 9 eine Einrichtung zur Erzeugung von Summen- und Differenzsignalen für die beiden Gyroskope in unterschiedlichen Drehscheibenpositionen während des Ausrichtens,

Fig. 10 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signales des Wertes von '*- während des Ausrichtens,

Fig. 11 eine Einrichtung zur Erzeugung eines kompensierten Signales des Winkelgeschwindigkeitssignales um die x- oder y-Achse,

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Pig. 12 eine Einrichtung zur Erzeugung eines kompensierten Signales der Beschleunigung des Fahrzeuges längs der x- oder y-Achse,

Fig. 13 eine Einrichtung zur Erzeugung fortgeschalteter Signale zum Auswechseln von Signalen zwischen fahrzeugorientierten Koordinaten und erdfesten Koordinaten,

Fig. 14 ein praktische Ausgestaltung zur Erzeugung kompensierter .•ν, 3 und .* Signale unter Verwendung der Einrichtung nach Fig. IJ, und

Fig. 15 ein Blockschaltbild der Ausschaltlogik nach Fig. 14.

Die Einrichtung nach der Erfindung weist zwei zweiachsige Winkelgeschwindigkeitssensoren 10, 12, z.B. Gyroskope mit zwei Freiheitsgraden auf, deren jeder Winkelgeschwindigkeitssignale erzeugt, die ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit um zwei senkrecht aufeinanderstellende Achsen sind. Mindestens zwei und vorzugsweise drei die lineare Beschleunigung messende Einrichtungen 16, 18, 20, z.B. Beschleunigungsmesser für die Erzeugung von Signalen, die ein Maß der linearen Beschleunigung sind, sind so angeordnet, daß ihre Abfühlachsen einen orthogonalen Satz von Achsen bilden. Die Geschwindigkeitssensoren 10, 12 und die Beschleunigungsmesser 16, 18, 20 sind starr auf einer Drehscheibe 22 mit einer Rotationsachse 24 befestigt. Die Beschleunigungsmesser 16, 18, 20 sind so angeordnet, daß die Abfühlachse des Beschleunigungsmessers 20 eine Achse p^allel zur Achse 24 festlegt. Die Abfühlachsen jedes der Winkelgeschwindigkeitssensoren 10, 12 sind parallel zu den Abfühlachsen der Beschleunigungsmesser 16, 18, 20.

Die Drehscheibe 22 kann um die Achse 24 relativ zu dem Trägerfahrzeug 30 gedreht werden. Der Umfang der Drehscheibe 22 weist Zähne 32 auf, die mit einem von einem Motor 33 angetriebenen Stirnrad 34 in Eingriff stehen. An entgegengesetzten Enden eines Durchmessers der Drehscheibe 22 sind Arretierungen 36, 38 vorgesehen. Eine flexible Klinke 40 weist an ihrem Ende eine Rolle 42

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auf, die am Umfang der Drehscheibe 22 abrollt und in die V-förmigen Arretierungen 36, 38 paßt, damit die Drehscheibe in jeder der beiden exakt ausgerichteten, 180° versetzten Positionen gehalten wird. Sin Ansatz 44 beaufschlagt Mikroschalter 46, 48, um den Antriebsmotor 33 des Stirnrades 34 zum Halten zu bringen, wenn die Rolle 42 mit den Arretierungen 36, 38 in Eingriff kommt.

Ein rechtsdrehender Satz von orthogonalen Achsen ist im Fahrzeug 30 so festgelegt, daß die z-Achse mit der Achse 24 zusammentrifft, üblicherweise werden die x-, y- und z-Achsen die Steig-, Roll- und Gierachsen des Fahrzeuges genannt.

Die Abfühlacnsen der Gyroskope 10, 12 und der Beschleunigungsmesser 16, 18, 20 sind zu Beginn in der in Fig. 2b dargestellten V/eise orientiert.

Die Abfühlachse '^!'z,_Q verläuft parallel zur z-Achse. Nimmt die Drehscheibe 22 die dargestellte Lage ein, verlaufen ihre Spinachse SA-. Q und ihre andere Abfühlachse '" x-, q parallel zu den y- und x-Achsen.

Die Abfühlachse "z,„ verläuft parallel zu r z-Achse. Nimmt die Drehscheibe 22 die dargestellte Stellung ein, verlaufen ihre andere Abfühlachse ' y-, ~ und ihre Spinachse SA-, ~ parallel zu den y- und x-Achsen.

Bei einer anderen Ausführungsform nach Fig. 2a verläuft die Spinachse SA-|p parallel zur z-Achse. Nimmt die Drehscheibe eine erste Position ein, verlaufen die Abfühlachsen ~ x-^_o und'^y-jp parallel zu den x- und y-Achsen.

Ist die Drehscheibe,wie in den Figuren 2a und 2b dargestellt, positioniert,fühlt der Beschleunigungsmesser 16 die Beschleunigung A_ in der x-Richtung, der Beschleunigungsmesser 12 die

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Beschleunigung A in der y-Richtung, und der Beschleunigungsmesser 20 die Beschleunigung A₂, in der z-fiichtung ab.

Ein " ." Symbol über einem anderen Symbol gibt an, daß das andere Symbol ein gemessenes Signal darstellt.

Die x-, y-, z- oder Steig-, Roll- und Gierachsen des Fahrzeuges fallen in der Regel nicht mit den Ost-West-, Nord-Süd- und örtlichen, vertikalen Richtungen zusammen. Um gemessene Signale im Fahrzeugkoordinatensystem in Komponenten in einem zweiten Satz von Koordinaten zu ändern, kann eine Transformierung über einen Satz von Euler-Winkeln vorgenommen werden. Die Euler-Winkeltransformation ist in den Figuren 3a, 3b und 3c dargestellt. Die erste Euler-Winkelrotation von Koordinaten nach Fig. 3a erfolgt um die z-Achse in einem Winkel ^>x-, damit ein erster, rechtsgängiger Zwischensatz von orthogonalen Koordinaten x',y' und ζ festgelegt wird. Die zweite Euler-Winkeldrehung von Koordinaten nach Fig. 3b erfolgt um die χ'-Achse über einen Winkel '*> , damit ein zweiter, rechtsgängiger Zwischensatz von orthogonalen Koordinaten x¹, y¹¹, ζ ·' festgelegt wird. Die dritte Euler-Winkeldrehung von Koordinaten nach Fig. 3c erfolgt um die y¹'-Achse über einen Winkel ^;' , damit der rechtsgängige Satz von orthogonalen Koordinaten x¹¹¹,.

I I t

festgelegt wird, die den Richtungen, Ost, Nord und

vertikal entsprechen.

Die Transformierung zwischen den x- z-, y-Achsen und den x¹

y",

z'¹'-Achsen ist eine Matrix

die aus Sinus- und

Cosinus-Werten von ''

und ' aufgebaut ist,

Es gilt somit

_T

(D

tC„,

wobei α. , u- ,^- Signale sind, die entweder durch den Geschwinx» y' ζ ^σ ' ^

digkeitssensor 10 oder 12 gemessen wird. ?^r-

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ist die horizontale,

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nordweisende y¹''-Komponente der Erddrehungsgeschwindigkeit und '..Ty die örtlich vertikale ζ " '-Komponente der Erdrotationsgeschwindigkeit. Gleichung (1) kann auch wie folgt geschrieben werden:

ο	—	= j p
'■"■ H
■~* '- V

(IA)

In ähnlicher Weise können die gemessenen Beschleunigungen a , a , a von einem Koordinatensystem in das andere transformiert werden.

¹E-W

¹N-S

(2)

a-,

a.

Es ist zweckmäßig, die Beschleunigungen in Einheiten vom "g", der Erdbeschleunigung, auszudrücken.

Wenn die Gleichungen bei 0°-Position der Drehscheibe 22 und ruhenden Trägerfahrzeug 30 transformiert werden, gilt:

Λ a.

-Cos β Sin ΐ + B

Sin β + B

Cos ft Cos ^ + B_r

(3) (Ό (5)

wobei B , B , B die Vorspannfehler des Beschleunigungsmessers sind.

Wird die Drehscheibe in ihre 180°-Position gedreht und nimmt das Fahrzeug 30 noch immer seine Ruhestellung ein, gilt:

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	« Cos	Sin	+ Bx	2947863
ax 180		-Sin	+ B y	(6)
Λ ay 180	11 Cos	' Cos '	+ Bz	(7)
az 180			(8)

Subtrahiert man die Gleichungen (3) und (6) sowie die Gleichungen

(4·) und (7), ergibt sich

,:\ a„ «= -2 Cos Sin ' (9)

Δ a = 2 Sin (10)

Summiert man die Gleichungen (J) und (6) sowie die Gleichungen und (7), ergibt sich

^Bx

Aus den Gleichungen (9) und (10) können ^ und - bestimmt werden zu

Λ . Sin -¹ V A^I- ' ₍₁₅₎

Aus den Gleichungen (11) und (12) können B und B bestimmt

* j

werden zu

\ ' Zp- (15)

^By * -Τ"²- (16)

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Aus den Gleichungen (5) oder (S) ergibt sich

^Bz ^{= a}z_n (oder a ) -Cos Cos ·' (17)

^{υ z}180

wobei das Symbol ".." ein geschätztes Signal bedeutet.

Nimmt die Drehscheibe 22 ihre Wullgradposition ein, messen die Gyroskope 10 und 12

'■' = (Cos > Sin Sin ' + Sin · Cos ' ) '· _u (18)

^xio_o

- (Cos Sin ' ) " -M Cos - Sin ·^;

^{V x}10

+· ü Cos Cos ' -A Sin Cos Sin ^LO 10

^X10

= (Cos ' Cos ).._H + (Sin ) ,■ _γ +Μ Sin (19) 0

+ iq) Cos Cos -A Sin - Cos Sin ' + (

-L· CZ. JLCL -^C-

= (Sin· Sin ' -Cos ■ Sin ' Cos ' )·'.. _R (20) + (Cos Cos ' ) '-v + Ii Cos Cos

^{v z}10

- ti Cos Sin <* +A Sin Cos ' Cos ^{: z}10 ^z10

	z10	' Sin	■'■ -Cos ■	Sin	■ Cos	r )	I
	(Sin	Cos	' ) ν	+ f	lz12	Cos	: Cos
t-	(Cos					I ΓΛ _ _

Sin -A

^zi? 030024/0757

22.11.1979 W/He --*? - L/p 10.ΟΨΟ

At

wobei M ein Massenungleichgewichts-Driftkoeffizient für das MassenungMchgewicht des betreffenden Gyroskops 10 oder 12 in Richtung der betreffenden Achse ist,

A der anisoelastische Driftkoeffizient aufgrund der Anisoelastizität des betreffenden Gyroskops 10 oder 12 um die betreffende Achse,

Q der Quadratur-Driftkoeffizient ist, der nur in einem trockenabgestimmten Rotorgyroskop aufgrund des Massenungleichgewichtes um die betreffende Achse auftritt, und

der nichtbeschleunigungsempfindliche Driftfehler im Gyroskop um die betreffende Achse ist.

Nimmt die Drehscheibe 22 ihre 180°-Position ein, gilt

to = -(Cos X-Sin ') Sin ¹C + Sin ■■*- Cos S ) Q „ (22) ^iü180

+ (Cos ,■'* Sin X )'2 _T + M Cos ^J Sin <)

ν ^c₁₀

+ 0 Cos » Cos ·/ -A Sin ^J' Cos J Sin ¹^

^10 10

+ 6

cos

2_H -(Sin.0')-2_v -IL Sin.·* (2$)

180 ^ . , ,

Cos -■> Cos J-A Sin > Cos -> Sin ^; 2 ^y12

030024/0757

22.11.1979 W/He ~ "^ /jfl ^{L/p lo}-^mo

" = (Sin ν Sin J -Cos ■* Sin ^/] Cos 7 ) Q „ (24) ^1U180

+ (Cos ^s Cos * ) ΐ + M Cos "■' Cos *

^{v z}10

+ Q Cos " Sin * -A Sin *· Cos ^ Cos ·? ^z10 ^z10

^z10

= (Sin .χ Sin ··'' -Cos ·λ Sin ,7 Cos Z)-^₁₁ (25)

Il

+ (Cos "' Cos ■* );J + M Cos ^ Cos ^ - Q Sin ·* +A„ Cos² .¹I Sin ^ Cos ?

Bildet man die Differenzen und Summen der Gleichungen (18) und (22) sowie der Gleichungen (19) und (23), ergibt sich

Δ LC = 2 (Cos 'X Sin ^ Sin ^ + Sin -Λ Cos ^) £2. (26) ^x10 ⁿ

- 2 (Cos ■''·' Sin -^)jti - 2M_V Cos ^ Sin (^

^{v x}10

^ u- = 2Ö Cos β Cos / - 2A Sin β Cos /3 Sin Ol (27 ^x10 10 10

^x10

^ ΰ =2 (Cos (X Cos Q ) ^ _w + 2 (Sin,ß)S2 (28) ^y12 ^{n V}

+ 2 M Sin /^

030024/0757

22.11.1979 W/He

- 2

2t"

—19

L/p 10. CW-O

12

Cos P) Cos X- 2A Sin /> Cos /) Sin > (29)

J₁₂

Kombiniert man die Gleichung (26)^und (28) erhält man

¹⁰ ? -9 + Cos/3 Sin.) (^Jt λ

Tan

-1 JCosj^

- tan/3 Sin

«χ:

X)

^12 - ^Sin $ 2

Es sei darauf hingewiesen, daß die Gyroskop-Driftkoeffizienten Q und A in der Gleichung (30) nicht erscheinen, weil sie in den Differenzgleichungen (26) und (28) gestrichen worden sind. Ferner sei darauf hingewiesen, daß M und M für unterschiedliche

10 *^12 Gyroskope gelten, und es wird erwartet, daß Fehler

in Kenntnis der Werte als unzusammenhängend erwartet werden, so daß ihre Einflüsse auf die Schätzung von ·ν im Wurzelsummenquadrat sind anstatt direkt erfolgen.

Die Driftparameter der Gyroskope können aus den Gleichungen (27) und (29) geschätzt werden.

Es werden die Summen der Gleichungen (20)und (24) sowie der Gleichungen (21) und (25) gebildet.

UJ ζ

10

2 (Sin OC Sin X- Cos OL Sin jb Cos «f )

+ 2 (Cos β Cos K )Q „ + 2H, Cos/3 Cos

+ 2

'10

(3D

Ί2

2 (Sin OC Sin 0 - Cos <λ Sin β Cos ^ ) Q. _H

+ 2 (Cos fl Cos

+ 2 η Cos/3 Cos ^{v Z}12

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(32)

«SPY

22.11.1979 W/He ~ ^ 1λ ^{L/p 1O}'^mo

Aus diesen Schätzungen der Driftausdrücke wird gebildet

- (Sin X Sin«?' -Cos /'J Sin

+ M₁₇ Cos/' Cos J ) = ^Z

- (Cos ' Cos Ü )'jl

(6 + Il Cos fi Cos S) = ~~—-^ (Sin^Sin «J'-CosXSin

^{12 12} (3Ό

- (Cos -^ Cos ιϊ" ).v2

Da die Instrumente über einen bekannten Winkel von 180 um die

z-Achse gedreht werden, kann der Skalenfaktor für üj un-d et

^Z1O ^zl? geschätzt werden zu

J K u._z dt = JT (35)

- ο ^zio ^zio

wobei u. = tc_ (t) aufgrund der Erdgeschwindigkeit +C2mm (t) ($6,

und Q rnm (t) die Drehgeschwindigkeit der Drehscheibe 22 um die z-Achse während der Drehung von O bis 180° ist.

.Nimmt man an, daß ac _„ (t) eine Konstante ^„„p (indem das Zahnrad y\ mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht wird), ergibt sich

/^άΐΛ T^ ^Λ

K J₀ ^₂ dt «Κ ⁺ ^ TT ⁽³⁷⁾

10 10 10

und der Skalenfaktor kann berechnet werden zu

ζ =' (58)

^zio ^T

In älmliclier Weise ergibt sich

^ _ Jl

^Z12

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original inspected copy

22.11.1979 W/He --«: j ο L/p IC

2S47863

Die bevorzugte Orientierung ergibt aich zwei Quellen der "Azimuth¹¹-Körpergeschwindigkeits (^) -Messungen um die z-Achse, wodurch eine Mittelung oder optimale Mischung oder sogar Auswahl zur Verbesserung der Leistung erzielt wird. Dies ist von Bedeutung, weil der Azimuth-Winkel (o£) nicht einfach begrenzt ist wie die Steig- und Rollwinkel durch Verwendung der x- und y-Beschleunigungsmesser und 18.

Nachstehend wird die Ausrichtung mit der abwechselnden Gyroskoporientierung nach Fig. 2A erläutert.

Die Beschleunigungsmessungen sind die gleichen wie in den Gleichungen (3) bis (8), und die Differenz und die Summe der Gleichungen (9) bis (12) sind die gleichen. Auch die Gleichung (13) bis (17) bleiben gleich.

Für die Nullgradposition des Drehtisches 22 ergibt sich Ui m (Cos OC Sin P Sin ο + Sin Λ, Cos Y y*l „ (40) - (Cos ß Sin ί )Ω_ν - Μ_χ Cos β Sin Y

"12 + Q Sin r + A Sin b Cos ß Cos Y +

X₁₂

"-' = (Cos OC Cos β )Qrr + (Sin Λ )Q_ + M Sin/^ (41) ^y12₀ ^{n V}

- Ö Cos ß Sin Ϊ -A Cos²/^ Sin Ϊ Cos ^T + f V₁₂ ^y12 ^y12

A A

Die Gleichungen für W un-d if sind die gleichen wie die

¹⁰O ¹⁰O

Gleichungen (18) und (20).

Wird die Drehscheibe 22 in die 180°-Position gedreht, gilt

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λ3

- (Cos OL Sin /3 Sin ο + Sin·^ Cos & )Q„ (42)

+ (Cos ft Sin y )Q +M Cos

ν x₁₂

- O Sin β - A_v Sin /3 Cos ß Cos

"X₁₂ X₁₂

- (Cos Ol cos/3 )Ω _H - (Sin β )Q - M Sin/3 (43)

^{n v} ^12

+ Q Cos β Sin ^ + A Cos /3 Sin if Cos ^2 ^y12

A Λ

Die Gleichlingen für cO und ύ-' sind die gleichen wie

die Gleichungen (22) und (24).

Bildet man die Summen- und Differenzgleichungen aus den Gleichungen (40) und (42) sowie den Gleichungen (41) und (43), ergibt sich

Δ a) =2 (Cos OC Sin β Sin Y + Sin oC Cos ¥ )Q. „ (44) X₁₂ η

- 2 (Sin β Sin X )Q - 2 M ' Cos /3 Sin if

ν x₁₂

20 Sin P + 2 A Sin /3 Cos β Cos ^12 ^X12

X₁₂ ^₁₂

ί = 2 (Cos OL Cos /3 )S> ^{+ 2} (Sinß)ß_v (46) ^y12

+ 2 M Sin /5 - 2 Q_ Cos $ Sin ^ ^y12 ^T12

² y - 2 A Cos Sin 0 Cos

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22.11.1979 W/He - <& - L/p 10.CW-O

IM-

£ <2_γ - 2 £ (47)

^y12 ^y12

Unter Verwendung der Gleichungen (44) und (46) erfolgt eine Berechnung des Azimuthwinkels («X), um die z-Achse:

ou'« Tan"¹ £2|4 - Tan ? Sin Ϊ + (48)

+ Cos β'sin Λ (^ö _v·^^ " 3*12 ^Sin^ " ^Αχ12 ^Sin ^ Cos/^ Cos

12 ^Sin^ " ^Αχ12

Cos/3 Sin δ + A Cos /? Sin/3

Ähnliche Gyroskopvorspann-Driftberechnungen ergeben sich aus den Gleichungen (45) und (47) als

^L12

5 (49)

^fcy₁₂ " —2 (5a)

Gleichung (33) ist auch für diese Ausbildung gültig.

Eine Berechnung für £ kann ähnlich wie in Gleichung (39) erfolgen. ¹²

Aus Gleichung (48) ergibt sich, daß diese zweite Konfiguration Fehlerausdrücke erzeugt, die während des Ausrichtens von Bedeutung werden können, wenn die Steig- und Rollwinkel Λ und Y von Bedeutung werden (z.B. größer als 6°). Ferner sei auch darauf hingewiesen, daß nur ein Gyroskop 10 den Winkel <*~ mißt, aber zwei Gyroskope 10 und 12 den Winkel (b messen. Somit können bei dieser Ausführungsform Fehler im Winkel oC nicht durch Kombinieren oder Auswählen reduziert werden, wohl aber können Fehler im Winkel β durch Kombinieren reduziert werden. Dieses Redundanzmerkmal ist nicht von Bedeutung für den Winkel β , weil die Beschleunigungemesser ein unabhängiges Haß von /i ergeben können.

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Die vorstehenden Gleichungen und die Beschreibung führen die Ausrichtung der Einrichtung nach der Erfindung aus.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein digitaler Allzweckrechner oder Prozessor verwendet werden, um die Ausgangssignale der Gyroskope und des Beschleunigungsmessers aufzunehmen. Diese Ausgangssignale liegen entweder in digitaler Form vor oder werden in die digitale Form umgewandelt. Der Rechner erzeugt dann Ausgangssignale, z.B. in digitaler Form.

Zu Erläuterungszwecken sind die Rechnerfunktionen in den Figuren 4 bis 15 in Blockdarstellung gezeigt worden. Die Blöcke können als Teile eines Allzweckrechners, Software für einen R-echner oder als Analogrechner angesehen werden.

Fig. 4 zeigt einen Zeitgeber 59, der mit einem Startsignal angelassen werden kann oder der über einen Schalter betätigt wird. Zu Beginn soll der Zeitgeber den Motor der Drehscheibe so beaufschlagen, daß die Drehscheibe in die Nullgradposition gebracht wird und die Rechner nach den Figuren 5 und 9 sollen so beaufschlagt werden, daß sie die Ausgangssignale der Gyroskope und Beschleunigungsmesser in den Speichern 60, 62 speichern. Der Zeitgeber 59 gibt dann ein Signal an den Drehscheibenmotor, um die Drehscheibe 22 in die 180°-Position zu bringen. Im Anschluß daran beaufschlagt der Zeitgeber 59 die Speicher 60, 62 in der Weise, daß ihre gespeicherten Signale an die verschiedenen Summiereinrichtungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82 abgegeben werden, damit die Ausgänge der Sensoren an den Gyroskopen 10, 12 und den Beschleunigungsmessern 16, 18, 20 addiert oder subtrahiert werden. Die Summen- und Differenzsignale nach Fig. werden dann in Speichern 84, 86, 88, 90 zur späteren Verwendung gespeichert. Die Ausgänge der Summiereinrichtungen 72, 74, 76* 78, 80, 82 können auch, falls dies erwünscht ist, in einen Speicher (nicht dargestellt) eingeführt werden.

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Die Gleichungen (13) und (17) sind in Fig. 6 mechanisiert. Der Δ"&_/ο -Eingang wird aus Fig. 5 erhalten. Der Wert ^k_n wird aus

" 'S' O

dem Speicher 60 der Fig. 5 erhalten. Das ρ -Signal wird von einem Addierer 92 abgegeben, der A. a y^-Signale aus dem Speicher 90 und sin/3-Signale aus dem sin-Generator 94- aufnimmt. Der Ausgang des Addierers 92 wird dann durch die Integriereinrichtung 96 integriert, um das ρ -Signal zu erzeugen. Sin/3 und cos β -Signale werden dann von dem sin-Generator 94 und dem cos-Generator 98 erzeugt»

Aa_x^p wird über eine Dividiereinrichtung 100 durch cos ft geteilt, und das resultierende Signal wird an einen Addierer 102 abgegeben. Der Addierer 102 nimmt auch einen Eingang aus dem sin-Generator ICW auf. Der Ausgang des Addierers 102 wird durch die Integriereinrichtung 106 integriert und erzeugt ein Ausgang-rssignal 2f . Das Tf -Signal wird an den sin-Generator IW und den cos-Generator 108 abgegeben, um sin Ϋ und cos ^-Signale zu erzeugen.

Die cos-Generatoren 98 und 108 sind an eine Vervielfachereinrichtung 110 mit Addiersignal 112 angeschlossen. Das Ausgangssignal Β_χ wird von dem Speicher 114 gespeichert. ■*

In Fig. 7 sind die cos cc, sin β und cos ^ Ausgänge der Figuren 6 und 10 an den Vervielfacher 116 geführt, dessen Ausgang mit dem Addierer 118 verbunden ist. Der sin ex -Eingang in den Vervielfacher 120 wird aus dem sin-Generator 122 der Fig. 10 erhalten. Der sin ö -Eingang in den Vervielfacher 120 stammt aus dem sin-Generator 104 der Fig. 6. Der Ausgang des Vervielfachers 120 wird im Addierer bzw. Summierer 118 subtrahiert.

Für eine von vorneherein bekannte geographische Breite an der Stelle der Ausrichtung kann ein Signal proportional der horizontalen Komponente der Erddrehung bei dieser geographischen Breite erzeugt werden. Das Signal wird dann in den Vervielfacher 124 gegeben, wo es mit dem Ausgang des Addierers 118 multipliziert wird. Der Addierer 126 nimmt den Ausgangdes Vervielfachers 124, den Ausgang

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des Vervielfachers 128 und den Ausgang des Addierers 80 nach Fig. 9 auf, um Gleichung (33) darzustellen. Die cos fi> und cos Ϊ Eingänge in den Vervielfacher 128 werden aus Gleichung (6) erhalten. Der it -Eingang in den Vervielfacher 128 ist die "berechnete vertikale Komponente der Erddrehung für eine bestimmte bekannte geographische Breite, bei der die Ausrichtung erfolgt.

Gleichung (34) kann in gleicher Weise wie Gleichung (33) dargestellt werden.

Fig. 8 zeigt die Darstellung der Gleichung (38), und die Gleichung (39) kann in ähnlicher Weise dargestellt werden. Der Ausgang des Addierers 80 der Fig. 9 wird in einen Addierer I30 gegeben. ELn Signal, das ein Maß für die bekannte Winkelgeschwindigkeit der Drehscheibe 22 ist, wird in den Addierer I30 eingegeben. Der Ausgang des Addierers I30 wird durch die Bividiervorrichtung 132 zur Erzeugung eines K -Signales in $* geteilt.

^z10

Fig. 10 stellt die Gleichung (30) dar. Die sin {b , cos β , sin $ , cos % -Eingänge stammen aus Fig. 6. Der R _v-Eingang ist aufgrund der örtlichen geographischen Breite an der anfänglichen Eichposition bekannt. Die M und M -Eingänge sind bekannte Konstanten

10 ^1?" \ ^Λ

10 ^1? \ ^Λ

der Gyroskope. Die /vu;^ υη.-ά Δω -Eingänge

^V12/? 10/? oi stammen aus Fig. 9. Die Ausdrücke ' ' sin /3 ,

cos ft , werden in die Dividiereinrichtung 134 gegeben und^erzeugen ein tan β-Signal, das im Vervielfacher 136 durch das sin Ϊ-Signal multipliziert wird. Der Ausgang des Vervielfachers I36 wird in den Addierer I38 gegeben.

Die M und £· -Signale werden im Addierer 140 addiert und das

10
Summensignal wird in den Vervielfacher 142 gegeben, wo es mit

~* ~*
cos *» und sin X multipliziert wird. Der Ausgang des Vervielfachers

142 wird im Addierer 144 dem Eingang AoJ hinzuaddiert. Der

10/? Ausgang des Addierers 144 wird an die ' Dividiereinrichtung 146 gegeben.

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Die M iind Q _V-Signale werden im Addierer 147 addiert und das

Summensignal wird an den Vervielfacher 149 gegeben, wo es mit sin fl multipliziert wird. Der Ausgang des Vervielfachers 149 wird im Addierer 151 dem Eingang Δ^ hinzuaddiert, und das Summensignal wird in die Teilerein- ¹²'² richtung 146 eingeführt, deren Ausgang an den Addierer 138 und von dort in den Vervielfacher 148 abgegeben wird. In der Dividiereinrichtung I50 wird ein cos ß über cos If -Signal erzeugt; dieses Signal wird an den Vervielfacher 148 gegeben, und der Ausgang aus diesen Vervielfacher 148 wird an den Addierer 152 gegeben.

Durch einen tan-Generator 154 wird ein tan 2C -Signal abgegeben. Der Ausgang des Addierers 152 wird durch den Integrator 156 integriert und erzeugt ein λ* -Signal, tan £ und sin <*--Signale werden durch den tan-Generator 154 und den sin-Generator 122 erzeugt.

Die Figuren 11 bis 15 zeigen Darstellungen der Steuerkurs-Bezugnahme nach der Erfindung im Betrieb.

Fig. 11 zeigt einen typischen Computer, der kontinuierlich verschiedene fc, Q, A und M-Vorspannfehler aus den Ausgangssignalen der Gyroskope entfernt, cu ist ein Ausgang ist einem Sensor des Gyroskops 10. K ist ein bekannter Computer-Maßstabsfaktor. Der

St?

Temperatursensor 50 in der Nähe der Gyroskope und Beschleurigungsmesser erzeugt ein Temperatürsignal, das den Skalenfaktor in bekannter Weise modifiziert. Diese Signale werden in den Vervielfacher 160 abgegeben, und das erzeugte Signal gelangt in den Addierer 162.

Ein temperaturabhängiger Korrekturfaktor wird aus dem Vervielfacher 164 in den Addierer 162 abgegeben. Der Wert ä^. wird aus einer Schaltung abgegeben, die identisch mit der nach Pig. 12 ist_t jedoch a_ und B -Eingänge hat. M_x ist bekannt, und das Temperatursignal stammt aus dem Sensor 50.

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Der Vervielfacher 166 nimmt "bekannte Signale A , 0 , r auf, die bekannte Konstanten des Gyroskops 10

*^ ^
sxnd. Die a und a -Signale stammen aus den Stromkreisen ähnlich Fig. 12. Die ß und ί -Signale sind fortgeschaltete Steig- und Rollwinkelsignale aus Fig. 14 „ Der Vervielfacher 166 hat einen Hultiplikationsfaktor, der nach einer bekannten Funktion von der Temperatur abhängig ist.

Die anfänglichen Vorspannkorrekturen der Gleichung (27) während der Ausrichtung (Fig. 9) werden im Addierer 168 von dem fortgeschalteten Signal-ausgang des Vervielfachers 166 hinzuaddiert. Um das Signal nach Fig. 9 aufrechtzuerhalten, kann ein Speicher (nicht dargestellt) benötigt werden.

Der Ausgang des Addierers 168 wird im Addierer 162 subtrahiert, damit ein Signal ^ erzeugt wird, das die Summe der Komponente der Erdgeschwindigkeit über der x-Achse und der relativen Winkelgeschwindigkeit über dar* x-Achse ist.

Zur Berechnung von u: und ^ kann eine Schaltung ähnlich der nach Fig. 11 verwendet werden.

Für jeden x- und y-Beschleunigungsmesserkanal kann eine Schaltung ähnlich der nach Fig. 12 verwendet werden. Das Signal des Beschleunigungsmessers wird an einen temperaturempfindlichen Vervielfacher 170 abgegeben. Der Skalenfaktor K „ ist bekannt, und aus dem Sensor 50 werden Temperatursignale aufgenommen. Vorspannsignale, wie •\/

z.B. B , werden aus Fig. 5 einem temperaturempfindlichen Verviel-

j
fächer zugeführt, der Temperatursignale aus dem Sensor 50 aufnimmt. Die Ausgänge der Vervielfacher I70, 172 werden im Addierer 173 addiert und erzeugen ein a -Signal, das - falls nicht ΰ - 0 eine Komponente aufgrund der Schwerkraft plus einem echten Beschleunigungssignal besitzt ο

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Figuren I3 und 15 sind Teile der Fig. 14.

In Fig. 13 wird das bekannte Signal für die geographische Breite (das in irgendeiner Weise gewonnen werden kann) in die sin- und cos-Generatoren I74 und 176 abgegeben. Ein ß -Signal proportional der Erddrehung wird ebenfalls den Generatoren 174, 176 zugeführt. Die Q sin 0 und Q. cos φ-Ausgänge der Generatoren 174, 176 werden an die sin, cos-Matrixanordnung 178 dargestellt. Die Anordnung 178 stellt drei Gleichungen mit sin und cos dar und entspricht einer Matrix LPJ . Die Matrix LpJ -Ausdrücke werden aus dem Zeitverzögerungsblock 190 geliefert. Die Ausgänge der Anordnung 178 sind i^L-f £? und Ä -Signale, die Komponenten der Erddrehung um die Achsen χ, y und z. Die Ausgänge der Anordnung 178 werden Addierer 182, 184, 186 gegeben, wo sie von den abgefühlten Signalen *x» ¹^v* ^z ^aus "^⁶* ¹^ ^sut"^traili^ert werden. Die korrigierten Signale werden an die Matrixfortschalteinrichtung 188 gegeben, die die Information in den Matrixdarstellblöcken I78 und 180 fortschaltet. Der Block 180 stellt die Matrixgleichung LP.l und der Block 178 die Gleichung LPJ^T dar.

Der Fortschaltblock 188 nimmt P Signale aus dem Block 180 auf und führt eine Matrixmultiplizierung aus, wie in Block 188 gezeigt, damit ein Fortschaltzuwachsanteil für jeden Ausdruck von ! P J und LpJ erhalten wird. Der Zuwachsausgang des Blockes 188 wird dem Ausdruck LpJ im Addierer 192 hinzuaddiert. Der Ausgang des Addierers 192 wird durch 190 zeitverzögert, und die fortgeschalteten Matrixausdrücke werden an die Blöcke 178, 188 gegeben.

Die Blöcke 194, 196, 198 der Fig. 14 bilden zusammen die Fig. Die Addierer 182, 184, 186 entsprechen den gleichen Addierern in Fig. 13, und die Ausgänge <~, ß , X aus dem Euler-Winkelauf löser 206 der Fig. 13 entsprechen den gleichen Ausgängen in Fig. 14.

Eine zusätzliche Rückkopplungsschaltung an die Addierer 182, zur Stabilisierung der Anordnung ist in Fig. 14 gezeigt. Die Rückkopplungsschleifen können durch Verwendung einer Logik, die in die Blöcke 200, 202 eingebaut ist, entfallen. Eine solche Logik ist in Fig. 15 gezeigt.

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In Fig. 14 wird das C. -Signal an die Logik 200 und das ^-Signal an die Logik 202 gegeben.

Vom Signal a ist im Addierer 210 eine Schwerkraftskomponente g sin .'* aus dem sin-Generator 212 abgezogen worden, der ein Λ-Signal aus dem Block 194 aufnimmt. Der Ausgang des Addierers 210 wird an die Logik 200 und an den Addierer 214 gegeben_o Der Ausgang des Addierers 214 wird durch die Integriereinrichtung 216 integriert und ein Teil des Ausgangsignales über den Festwert-multiplizierer 218 in den Addierer 214 zurückgeführt. Der Ausgang des Integrators 216 wird weiter durch den Festwert-multiplizierer normiert und über den Schalter 220 zum Addierer 182 zurückgeführt.

Der ^-Ausgang von 194 wird über einen cos-Generator 230 an eine Multipliziereinrichtung 232 geführt. Der #-Ausgang des Blockes 196 wird über den sin-Generator (g fach) 234 an die Multipliziereinrichtung 232 gegeben. Der Ausgang der Multipliziereinrichtung 232 ist ein Ausdruck der Schwerkraft, der im Addierer 23& von dem Signal sT subtrahiert wird. Der Ausgang des Addierers 236, der mit ^a bezeichnet ist, wird an die Logik 202 und den Addierer 238 gegeben. Der Ausgang des Addierers 238 wirddurch den Integrator 240 integriert und der Ausgang durch den Festwert-Multiplizierer 242 normiert und in den Addierer 238 zurückgeführt.

Der Ausgang des Integrators 240 wird auch durch den Festwert-Multiplizia?er 244 normiert und ergibt ein normiertes Rückkopplungssignal über den Schalter 246 an den Addierer 184_O

Die ti: und "-' -Ausgänge werden durch den Addierer 186 dem

"LO 1?
Wert 2Q„ hinzuaddiert, und der Ausgang wird mit 1/2 in der Multipliziereinrichtung 250 multipliziert, damit ein Mittelwertsignal erzeugt wird, das an den Block 198 (der Teil der Fig. 13 ist) abgegeben wird, um ein <*--Signal zu erzeugen.

Die Ausschaltlogik ist in Fig. I5 gezeigt. Die Symbole /*_0Ι(, <ia_x , <)T _n-T und ^a sind vorbestimmte Schwellwerte, bei denen die verschiedenen Schleifen öffnen.

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Die Symbole ;f>_nT , 6 sl « i'r._T und Sa sin-d Schwellweirt, bei CL» \_L' CL y_CL

denen die Schleifen wieder schließen, und sie sind etwas niedriger als die entsprechenden Schwellwerte Tür die offenen Schleifen, um ein Relaisprellen zu verhindern

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Leerseite

Claims (12)

22.11.19'AJ W/He - ·*-- L/p 10.CW-O Patentansprüche :

1. Steuerkurs- und Stellungs-Bezugssystem zur- Verwendung in einem Fahrzeug mit als x, y und z-Achsen bezeichneten Kick-, (Steig-) Roll- und Gier-Achsen, gekennzeichnet durch einen Drehte-Her, der drehbar um die z-Achse des .Fahrzeuges befestigt ist und eine Vorrichtung zur Positionierung des Drehtellers in einer vorgegebenen Null-Grad-Position sowie eine Vorrichtung zum Drehen des Drehtellers aus der Nullposition in eine um 180° versetzte Position aufweist, wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeitssensoren, die auf dem Drehteller befestigt sind und deren Abfühlachsen parallel zu den x-, y- und z-Achsen verlaufen,

wenigstens zwei Beschleunigungsmesser, die auf dem Drehteller befestigt sind und deren Abfühlachsen parallel zu den x- und y-Achsen verlaufen, eine Vorrichtung zum anfänglichen Speichern von Signalen aus den Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmessern, wenn das fahrzeug im wesentlichen stationär ist und der Drehteller seine Uullposition einnimmt,

eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehbewegung des Drehtellers aus der Null-Grad-Position in die 180°-Position, eine Vorrichtung zum Kombinieren von Signalen aus den Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmessern, wenn der Drehteller seine 130°-Position einnimmt, mit den gespeicherten Signalen, um Summen- und Dif i/erenzsignale zu erzeugen, und

eine Vorrichtung zum Kombinieren der Summen- und Differenzsignale zur Ei'zougutig von Beschleunigungsmesse]?· und Geschwindigkeitssensor-Arif.'ingsVorspannsignalen, Geschwindigkeitssensor-Skalenfaktorsignalen und Signalen, die die anfänglichen Stellungswinkel zwischen den _x__? y— und ζ-Achsen und einem Bezugskoordinatensatz anzeigen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Kombinieren der Summen- und Differenzsignale eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signalen, das ein Haß für den Anf?ingfii5teirvri.nkel in Abhängigkeit von dom Differenzsignal dec Boschlrfunigurigsmessers in der y-Achse ist,

π :uH) 2 4/07 5 7

ORIGINAL INSPECTED '

COPY

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eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das ein Maß für den Anfangsrollwinkel in Abhängigkeit von dem Steigungswinkelsignal und dem Differenzsignal des Beschleunigungsmessers in der x-Achse ist, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das ein Maß für die Vorspannung des Beschleunigungsmessers in der x-Achse in Abhängigkeit von dem Summensignal des x-Achsen-Beschleunigungsmessers ist,

eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das ein Maß für die Vorspannung des Beschleunigungsmessers in der^-Achse in Abhängigkeit von dem Summensignal des Beschleunigungsmessers in der y-Achse ist,

eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das ein Maß für die Anfangsdriftparameter um die x-Achse eines ersten Geschwindigkeitssensors in Abhängigkeit von dem Summensigna] der Drehgeschwindigkeit des ersten Geschwindigkeitssensors um die x-Achse und in Abhängigkeit von Signalen, die ein Maß für die Erddrehung sind, ist, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das ein Maß für die Anfangsdriftparameter um die y-Achse eines zweiten Geschwindigkeitssensors in Abhängigkeit von dem Summensignal des zweiten Geschwindigkeitssensors um die y-Achse und von den Erdgeschwindigkeitssignalen ist,

eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das ein Maß für den Anfangs-Gierwinkel in Abhängigkeit von den Roll-,^#Nick- (Steig-) Winkelsignalen, von den Differenzsignalen der Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse eines der Geschwindigkeitssensoren und der Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse des anderen Winkelsensors, von einem Signal, das ein Maß für eine Komponente der Winkelgeschwindigkeit aufgrund der Erddrehung ist, und von Signalen, die ein Maß für den Beschleunigungs-Abfühldriftkoeffizienten beider Geschwindigkeitssensoren ist, und

eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, die ein Maß für die Anfangs-Driftgeschwindigkeit der Geschwindigkeitssansoren um die z-Achse in Abhängigkeit von Nick- (Steig-), Roll- und Gier-Signalen, in Abhängigkeit von der Komponente des Erdgeschwindigkeitssignales, und in Abhängigkeit von den Summensignalen der Winkelgeschwindigkeit eines jeden entsprechenden Geschwindigkeitssensors um die z-Achse ist, aufweist.

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3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales vorgesehen ist, das ein Maß für die Skalenfaktoren um die/6-Achse der Geschwindigkeitssensoren in Abhängigkeit von Signalen ist, welche die Drehung des Drehtellers messen, und der Summensignale um die z-Achse der Geschwindigkeit ssensoren.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale auf die Gerätetemperatur ansprechen und daß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Temperatursignales sowie zur Modifizierung der anderen Signale in Abhängigkeit von dem Temperatursignal vorgesehen ist.

5>. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Speicherung der Signale für die Verwendung während des Betriebes ds Gerätes vorgesehen ist.

6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Modifizieren des Winkelgeschwindigkeitss-ignales um die x-Achse ausdem ersten Geschwindigkeitssensor, um Geräte-Driftgeschwindigkeitsfehler zu eliminieren, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Modifizieren des Winkelgeschwindigkeitssignales um die y-Achse aus dem zweiten Geschwindigkeitssensor, um Geräte-Driftgeschwindigkeitsfehler zu eliminieren, eine Vorrichtung zum Auflösen der Erdgeschwindigkeitssignale in Komponenten in der x-, y- und z-Achse,

eine Vorrichtung zum Subtrahieren der Erdgeschwindigkeitssignalkomponenten von den entsprechenden modifizierten WinkeIgeschwindLgkeitssignalen, und

eine Vorrichtung zur Erzeugung von Richtungssignalen, die ein Maß für die Drehung der Geräte um die Bezugskoordinatenachsen sind, mit einer Vorrichtung, die auf die anfänglichen Steig-, RoIl- und Gierwinkelsignale anspricht, damit fortlaufend eine Vorrichtung zur Erzeugung von Richtungssignalen fortgeschaltet wird sowie einer Vorrichtung zum Auflösen der fortgeschalteten Signale zur Erzeugung von fortgeschalteten Steig-, Roll- und Gier-Winkelsignalen.

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7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine ßiickkopplungsvorrichtung vorgesehen ist, die Fehler in den Steig- und Roll-Winkelsignalen begrenzt.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungssignale Steig- und Roll-Signale sind, die in Abhängigkeit von den Signalen der Beschleunigungsmesser erzielt werden.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Einrichtung vorgesehen ist, die selektiv die Begrenzungssignale in Abhängigkeit von der Größe der Steig- und Rollwinkel sowie in Abhängigkeit von Fahrzeugbeschleunigungssignalen trennt und wieder verbindet.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsvorrichtung in dem x-Kanal in Abhängigkeit davon getrennt wird, ob das Steig-Winkelsignal oder das Beschleunigungssignal des Fahrzeuges in der y-Achse vorbestimmte Grenzwerte übersteigt,

daß die Begrenzungsvorrichtung in dem y-Kanal in Abhängigkeit davon getrennt wird, ob das Roll-Winkelsigrial oder das Fahrzeug-Beschleunigungssignal in der x-Achse vorbestimmte Grenzwerte übersteigt ,

daß die Begrenzungsvorrichtung für den x-Kanal in Abhängigkeit davon wiederangeschaltet wird, daß sowohl das Steig-Winkelsignal als auch das Fahrzeug-Beschleunigungssignal in der y-Achse unter vorbestimmten Grenzwerten liegen und daß die Begrenzungsvorrichtung für den y-Kanal in Abhängigkeit davon wiederangeschaltet wird, daß sowohl das Rollwinkel-Signal als auch das Fharzeugbeschleunigungssignal in der x-Achse unter vorbestimmten Grenzwerten liegen.

11. Strapped-down-Geschwindigkeitssensoren zur Erzeugung von Winkelgeschwindigkeitssignalen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Kompensieren der Signale, um die Signale der Erdgeschwindigkeitskomponenten zu eliminieren, und eine Vorrichtung zum Entfernen von Vorspannfehlern aus den Signalen.

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12. Verfahren zur Bestimmung der Anfangswinkelorientierung eines kartesischen Satzes von Geschwindigkeitssensor- und Beschleunigungsmesser-Achsen relativ zu einem Satz von Bezugsachsen und zur Bestimmung der Vorspannfehler der Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlachsen der Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmesser in eine erste vorbestimmte Position eingestellt werden, die mit Null Grad festgelegt wird, und daß die Ausgänge der Gyroskope und Beschleunigungsmesser ausgelesen werden, daß die Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmesser um 180° um eine Geräteachse gedreht werden,

daß die Ausgangssignale der Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmesser erneut abgelesen werden,

daß die Ausgangssignale in der 180 -Position den Signalen in der Null-Grad-Position hinzuaddiert und subtrahiert werden, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen, de auf die Winkel zwischen den beiden Sätzen von Koordinaten und den Vorspannfehlern und Skalenfaktoren der Geschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsmesser bezogen sind.

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