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Fahrzeugnavigationsgerät
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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugnavigationsgerät enthaltend ein
Kurs-Lage-Referenzgerät, welches Ausgangssignale liefert, die den Kurs und die Lage
eines Fahrzeugs in Bezug auf ein erdfestes Koordinatensystem wiedergeben, einen
Weg- oder Geschwindigkeitsgeber, welche ein Signal erzeugt, das vom Fahrzeug zurückgelegte
Weginkremente oder die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, einen Rechner, auf den
die Ausgangssignale des Kurs-Lage-Referenzgeräts und das Signal des Weg-oder Geschwindigkeitsgebers
aufgeschaltet sind und welcher Positionsrechenmittel enthält zur Erzeugung von Positionssignalen,
welche die Position des Fahrzeugs in dem erdfesten Koordinatensystem wiedergeben,
aus den Signalen des Kurs-Lage-Referenzgeräts und dem Signal des Weg- oder Geschwindigkeitsgebers
wobei letzteres mit einem Weganpassungsfaktor WA berücksichtigt wird, Eingabemittel
zum Eingeben von Positionsdaten in den Rechner, und
Positionsstützungs-
und Korrekturmittel, durch welche nach Erreichen eines eindeutigen Geländepunkts
und Eingabe der bekannten Daten dieses Geländepunkts mittels der Eingabemittel die
angezeigte Position auf die eingegebene Position des eindeutigen Geländepunkts berichtigt
wird und der Weganpassungsfaktor und der Kurswinkel um die Korrekturgrößen
berichtigt werden, wenn Sx,Sy die Differenzen zwischen den Koordinaten nacheinander
angefahrener eindeutiger Geländepunkte, und dx, y die Abweichungen der bei Erreichen
des zweiten eindeutigen Geländepunktes angezeigten Positionskoordinaten von den
bekannten Koordinaten dieses Geländepunktes sind.
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Ein solches Fahrzeugnavigationsgerät ist bekannt durch die DE-OS 26
59 094.
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Bei diesem bekannten Fahrzeugnavigationsgerät wird aus dem von einem
Kursreferenzgerät gelieferten, auf ein UTM-Gitterkoordinatensystem bezogenen Kurswinkel
und dem aus Weyinkrementen oder durch Integration der Fahrzeuggeschwindigkeit gewonnenen
Wegsignale die Position des Fahrzeugs in dem Gitterkoordinatensystem bestimmt. Dabei
wird vorausgesetzt, daß die Position des Ausgangspunktes bekannt ist, die Mission
also von einem eindeutigen Geländepunkt" EGP ausgeht. Das der Fahrzeuggeschwindigkeit
oder dem Fahrzeugweginkrement entsprechende Signal wird mit einem Weganpassungsfaktor
WA berücksichtigt, der Skalenfehler des Geschwindigkeitsgebers und Abweichungen
zwischen der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit oder dem gemessenen Weg gegenüber
der tatsächlichen Geschwindigkeit über Grund oder dem tatsächlich zurückgelegten
Weg infolge Schlupfs und unterschiedlicher Bodenbeschaffenheit in Rechnung stellt.
Fehler dieses Weganpassungsfaktors sowie Kursfehler des Kursreferenzgeräts führen
dazu, daß die angezeigte Position nicht genau der tatsächlichen Position entspricht.
Es kann eine Stützung der Positionsanzeige erfolgen, wenn das Fahrzeug erneut einen
eindeutigen Geländepunkt passiert, dessen PQsitionskoordinaten genau bekannt sind.
Aus den angezeigten und den tatsächlichen Koordinaten kann nicht nur die Positionsanzeige
korrigiert und gestützt werden. Es erfolgt nach der DE-OS 26 59 094 auch eine Korrektur
des Weganpassungsfaktors und des Kurswinkels, so daß das Fahrzeugnavigationsgerät
im weiteren Verlauf der Mission mit korrigierten Werten des Kurswinkels und des
Weganpassungsfaktors arbeitet, die so gewählt sind, daß bei ihrer Benutzung der
an dem zweiten eindeutigen Geländepunkt festgestellte Positionsfehler nicht aufgetreten
wäre.
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Der DE-OS 26 59 094 liegt somit das Problem zugrunde, die Positionsanzeige
des Fahrzeugnavigationsgeräts für die weitere Fahrt über den zweiten eindeutigen
Geländepunkt hinaus genauer zu machen. Der vorliegenden Erfindung liegt ein anderes
Problem zugrunde: Es ist häufig erforderlich, die genauen Koordinaten von ausgewählten
Geländepunkten, die nicht mit einem "eindeutigen Geländepunkt" übereinstimmen, zu
bestimmen.
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In solchen Geländepunkten sollen beispielsweise Geschütze in Stellung
gebracht werden. Die Position solcher Geschütze muß mit hoher Genauigkeit bekannt
sein, um diese richtig auf ein vorgegebenes Ziel richten zu können. Ein Fahrzeugnavigationssystem,
welches die Positionskoordinaten solcher Geländepunkte von vornherein mit der erforderlichen
Genauigkeit liefert, wird sehr aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugnavigationsgerät
der eingangs definierten Art so auszugestalten, daß es die Positionskoordinaten
ausgewählter, nicht mit eindeutigen Geländepunkten zusammenfallender Geländepunkte
mit der für artilleristische oder ähnlichc Zwecke erforderliche Genauigkeit liefert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch (a) einen Positionskoordinatenspeicher,
(b) Mittel zum Eingeben der von dem Fahrzeugnavigationsgerät in einem ausgewählten,
hinsichtlich seiner Position unbekannten Geländepunkt gelieferten Positionskoordinatensignale
in den Positionskoordinatenspeicller und
(c) Korrekturmittel zur
Korrektur der so gespeicherten Positionskoordinatensignale Sxi' Syi gemäß
Das Fahrzeug mit dem Fahrzeugnavigationsgerät fährt dann von einem eindeutigen Geländepunkt
über die Geländepunkte, deren Position bestimmt werden soll zu einem zweiten eindeutigen
Geländepunkt. In den ausgewählten Geländepunkten werden die vom Fahrzeug navigationsgerät
gelieferten Positionskoordinaten in dem Positionskoordinatenspeicher abgespeichert.
Die Genauigkeit dieser gespeicherten Positionskoordinaten ist für die vorliegenden
Zwecke noch nicht ausreichend. Bei Erreichen des zweiten eindeutigen Geländepunkts
werden nicht nur der Weganpassungsfaktor und der Kurswinkelfehler berechnet sondern
es werden die eingespeicherten Positionskoordinaten auf diejenigen Werte korrigiert,
die sich mit den berichtigten Werten des Weganpassungsfaktors und des Kurswinkels
ergeben hätten. Es hat sich gezeigt, daß sich auf diese Weise die Positionskoordinaten
der ausgewählten Geländepunkte mit der erforderlichen hohen Genauigkeit bestimmen
lassen. Wesentlich ist dabei, daß für diese Bestimmung der Weganpassungsfaktor und
Kurswinkelfehler aus derjenigen Strecke bestimmt wurde, die von dem Fahrzeug tatsächlich
durchfahren wurde und auf der die in der Rechnung berücksichtigten Verhältnisse
tatsächlich vorlagen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme
auf die zugehöriger Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist ein Blockdiagramn eines
Fahrzeugnavigationsgeräts.
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Fig. 2 zeigt den Rechner zur Bildung der Positionskoordinatensignale.
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Fig. 3 zeigt die Geometrie einer Fahrt von einem eindeutigen Geländepunkt
zu einem anderen über verschiedene ausgewählte Geländepunkte, deren genaue Koordinaten
bestimmt werden sollen.
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Fig. 4 zeigt die Korrekturmittel zur Korrektur der gespeicherten
Positionskoordinaten.
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Das Fahrzeugnavigationsgerät enthält ein Kurs-Lage-Referenzgerät 10
und einen Weg- oder Geschwindigkeitsgeber 12. Das Kurs-Lage-Referenzgert liefert
den Tangens des wahren Kurswinkels tanks B sowie den Kosinus des Nickwinkels cos
bB. B Diese Signale werden auf einen Rechner 14 geschaltet. Alternativ kann das
Kurs-Lage-Referenzgerät Fühlersignale liefern, die in dem Rechner 14 zur Bildung
von tan ÇB und cos XB verarbeitet werden.
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Der Rechner erzeugt dann ein Signal, das auf den Kreisel des Kurs-Lage-Referenzgeräts
aufgeschaltet wird, zur Kompensation des Einflusses der Erddrehung.
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Das Kurs-Lage-Referenzgerät kann nach Art der gleichzeitig eingereichten
Patentanmeldung "Kurs-Lage-Referenzgerät" der Anmelderin aufgebaut sein.
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Der Rechner ist mit einem Anzeige- und Bediengerät 16 verbunden. Über
das Anzeige- und Bediengerät 16 können, wie durch Pfeil 18 dargestellt ist, Anfangswerte,
d.h.
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die bekannten Positionskoordinaten der Startposition in den Rechner
eingegeben werden. Der Rechner liefert, wie durch Pfeil 20 dargestellt ist, die
von dem Fahrzeugnavigationsgerät bestimmten Momentanwerte der Positionskoordinaten,
die in dem Anzeige- und Bediengerät angezeigt werden. Weiterhin enthält das Anzeige-
und Bediengerät Steuerelemente, über welche Betriebsarten des Rechners 14 steuerbar
sind, wie durch Pfeil 22 angedeutet ist.
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Das Fahrzeugnavigationsgerät enthält weiterhin ein Kartengerät, auf
welches eine Landkarte aufspannbar ist.
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Dem Kartengerät werden von dem Rechner 14 die Positionskoordinaten
zugeführt, wie durch Pfeile 26 und 28 angedeutet ist. Das Kartengerät enthält eine
Markierung, beispielsweise einen Lichtpunktprojektor, die nach Maßgabe der Positionskoordinaten
so gesteuert ist, daß sie die Position des Fahrzeugs auf der Landkarte anzeigt.
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Die Markierung ist von Hand zusätzlich verstellbar.
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Das Kartengerät 24 ist, wie durch Pfeile 30 und 32 angedeutet ist,
zur Ausgabe von Positionskoordinatensignalen eingerichtet, welche den jeweiligen
Koordinaten der Markierung auf der Landkarte entsprechen. Diese Positionskoordu.natensignale
werden dem Rechner 14 zugeführt und dienen in einer Schaltung nach Art von Fig.
2 der DE-OS 26 59 094 der Positionsstützung und der Korrektur des Weganpassungsfaktors
und des Kurswinkels.
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Fi. 2 zeigt, wie aus den Signalen tan #B, cos # B und dem Geschwindi(kei.tssignal
des Weg- oder Geschwindigkeitsgebers 12 die Position des Fahrzeugs gewonnen wird.
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Aus tan # B wird, wie durch Block 34 angedeutet, der Winkel sB gebildet.
Von dem Winkel r B wird durch differenzbildende Mittel 36 der Anfangswert der Meridiankonvergenz
MK(O) subtrahiert. Daraus ergibt sich der Gitterkurswinkel FN(t) in dem Gitterkoordinatensystem.
Von diesem Winkel eFN(t) wird, dargestellt durch die B.löcke 38 und 40 der Sinus
und der Kosinus gebildet. Das Signal sinz FN (t) wird, wie durch Block 42 dargestellt
ist, mit dem Signal cos # B ultipliziert.
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Das so erhaltene Signal sin a FN (t) . cos B wird durch Multipliziermittel,
dargestellt durch Block 44, mit dem Geschwindigkeitssignal des Geschwindigkeitsgebers
12 multipliziert. Das so erhaltene Signal wird durch integrierende Mittel 46 integriert
und liefert an einem Ausgang die Positionskoordinaten des Fahrzeugs xNin Nordrichtung.
In entsprechender Weise wird das cos a (t) Signal durch multiplizierende Mittel
50 mit dem Signal cos bB des Kurs-Lage-Referenzgeräts 10 multipliziert. Das erhaltene
Produkt wird durch multiplizierende Mittel 52 ebenfalls mit dem Geschwindigkeitssignal
des Geschwindigkeitsgebers 12 multipliziert, und das erhaltene Produkt wird durch
integrierende Mittel 54 zeitlich integriert und liefert die Positionskoordinate
y in Ostrichtung. Die Anfangswerte der Positionskoordinaten werden den integrierenden
Mitteln 46 und 54 über Eingänge 18A und 18B zugeführt.
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Die Geschwindigkeitskomponenten vNx (t) und vyN(t) in einem Gitterkoordinatensystem
N sind N vxN (t) = cos # B . cos α FN . v(t) (2) VyN(t) - cos # B com B (t)
sin FN v(t)
wobei v die Fahrzeuggeschwindigkeit und B der Nickwinkel
des Fahrzeugs ist. FN ist der Gitterkurswinkel, FN der durch die Eeziehung (3) a
aFN(t) = B (t) - MK(O) mit dem auf geographisch Nord bezogenen wahren Kurswinkel
B ÇB(t)- zusammenhängt, wobei MK(O) der Anfangswert der Meridiankonvergenz ist,
d.h. des Winkels zwischen dem durch den Startpunkt (xN(O), yN(O)) gehenden Längenmeridian
und der durch den Startpunkt gehenden Gitterlinie. Diese Meridiankonvergenz ist
1 N (4) MK(O) = R tan ¢ (O) yN(O), y (0) wobei R der Erdradius und # die geographische
Breite ist. Aus vxN(t) und vNy(t) ergeben sich die Positions-N koordinaten x (t)
und y (t) zu
Diese Beziehungen sind in dem Blockdiagramm von Fig. 2 nachgebildet und werden von
dem Rechner 14 gerechnet.
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In Fig. 3 ist ein Beispiel eines Fahrweges dargestellt, der von einem
eindeutigen Geländepunkt EGP1 zu einem zweiten eindeutigen Geländepunkt EGP2 über
dazwischenliegende Geländepunkte verläuft, deren Koordinaten im Gitterkoordinatensystem
mit Sxi und Syi bezeichnet sind. Die Positionskoordinaten dieser dazwischenliegenden
Geländepunkte sollen mit möglichst hoher Genauigkeit bestimmt werden. Durch Ungenauigkeiten
des Weganpassungslaktors WA und durch Fehler des Kurses a FN
stimmen
die angezeigten Positionskoordinaten Sxi, 5 . nicht mit den tatsächlichen Positionskoordinaten
yi überein. Der zunächst unbekannte Anzeigefehler ist mit Axi und Ayi bezeichnet.
Bei Erreichen des zweiten eindeutigen Geländepunkts EP2 kann der Fehler d x und
a y der dann erhaltenen Positionsanzeige bestimmt werden, da die Koordinaten 5 und
S. dieses zweiten eindeutigen Geländepunkts EGP2 bekannt sind. Aus den Fehlern L\x
x und # y in der Anzeige des zweiten eindeutigen Geländepunkts können die Fehler
tWA und AFN (0) des Weganpassungsfaktors WA und des Gitterkurswinkels FN durch den
Rechner bestimmt werden, wie in Fig. 2 der DE-OS 26 59 094 dargestellt ist. Die
genauen Koordinaten xF und yF (vgl. Fig. 2 der DE-OS 26 59 094) werden bei dem vorliegenden
Gerät dadurch eingegeben, daß die Markierung des Kartengeräts 24 (Fig. 1) durch
Handsteuerung auf den dem eindeutigen Geländepunkt EGP2 entsprechenden Punkt der
Karte verfahren wird. Die zugehörigen Positionskooralinaten xF und YF werden dann,
wie durch die Pfeile 30 und 32 in Fig. 1 dargestellt ist, auf den Rechner gegeben.
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Der Rechner enthält einen Positionskoordinatenspeicher, der in Fig.
4 durch die Speicher 56 und 58 dargestellt ist. Es sind Mittel 60,62 zum Eingeben
der von dem Fahrzeugnavigationsgerät in einem ausgewählten, hinsichtlich seiner
Position unbekannten Geländepunkt P.
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gelieferten Positionskoordinatensignale Sxi Syi in den Positionskoordinatenspeicher
vorgesehen. Praktisch geschieht das in der Form, daß bei Erreichen eines ausgewählten
Geländepunkts die von dem Fahrzeugnavigationsgerät gelieferten Positionskoordinaten,
z.B. Sx1, 5y1 durch Knopfdruck c.dgl. in die Speicher 56 bzw. 58 übernommen und
an der ersten Speicherstelle abgespeichert werden. Das Fahrzeug fährt dann weiter
zum nächsten ausgewählten Geländepunkt, in
welchem die vom Fahrzeugnavigationsgerät
gelieferten Koordinaten Sx2 und Sy2 in gleicher Weise in die Speicher 56,58 abernommen
und an der zweiten Speicherstelle abgespeichert werden, bis schließlich eine Mehrzahl
ausgewählter Geländepunkte zwischen dem eindeutigen Geländepunkt EGP1 und dem zweiten
eindeutigen Geländepunkt EGP2 in den Speichern gespeichert sind.
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Die in dem zweiten eindeutigen Geländepunkt EGP2 erhaltenen Fehlersignale
A WA des Weganpassungsfaktors undA«FN(O) des Gitterkurswinkelsa FN werden in Speichern
64,66 gespeichert. Es sind Korrekturmittel 68 zur Korrektur der gespeicherten Positionskoordinatensignale
Sxi, Sy1 gemäß der Beziehung
vorgesehen. Zu diesem Zweck werden nacheinander jedes Paar Sxi, Syi von zusammengehörigen
Positionskoordinatensignalen aus den Speicherplätzen ausgelesen und durch die Korrekturmittel
68 zu der besagten Korrektur gemäß Gleichung (7) und (8) linear kombiniert. Die
so erhaltenen korrigierten Positionskoordinatensignale und und Syi werden, wie durch
die Verbindungen 70 und 72 angedeutet ist, wieder in die jeweiligen Speicherplätze
eingegeben.
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Die Korrekturmittel 68 addieren, wie bei 74 dargestellt ist, zu dem
gespeicherten Signal #WA den Wert "1". Durch dividierende Mittel 76 wird der Wert
1 durch das so erhaltene Signal l+WA dividiert. Durch Multipliziermittel 78 wird
das Signal
mit dem Positionskoordinatensignal Syi aus dem Speicher
58 multipliziert.
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Es ist weiterhin das von den Dividiermitteln 76 gelieferte Signal
durch Multipliziermittel 80 mit dem im Speicher 66 gespeicherten Kursfehler SFN(O)
multipliziert, die somit ein Signal te FNt ) 1+ WA erzeugen. Mit diesem Signal wird
durch Multipliziermittel 82 das in dem Speicher 56 gespeicherte Positionskoordinatensignal
Sxi multipliziert. Durch Subtrahiermittel wird das am Ausgang der Multipliziermittel
82 erhaltene Signal von dem Signal am Ausgang der Multipliziermittel 78 subtrahiert.
Das so erhaltene Signal wird als Signal S über Leitung 72 wieder an der entsprechenden
Speicherstelle in den Speicher 58 eingegeben. Es ist erkennbar, daß die so durchgeführten
Rechenoperationen der Gleichung (8) entsprechen, also das in den Speicher 58 wieder
eingegebene Signal die korrigierte Positionskoordinate Syi des ausgewählten Geländepunkts
Pi darstellt.
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Das Ausgangssignal der Multipliziermittel 80 wird gleichzeitig durch
Multipliziermittel 86 mit dem im Speicher 58 gespeicherten Signal Syi multipliziert.
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Durch Multipliziermittel 88 wird das im Speicher 56 gespeicherte Signal
Sxi . mit dem Ausgangssignal der Dividiermittel 76 multipliziert. Durch Addiermittel
90 werden die am Ausgang der Multipliziermittel 86 und 88 erhaltenen Signale addiert.
Diese werden über Leitung 70 in den Speicher 56 eingegeben. Es ist erkennbar, daß
hierdurch Gleichung (7) nachgebildet wird und das in den Speicher 56 an die Speicherstelle
wieder eingegebene Signal der Positionskoordinate Sxi des
ausgewählten
Geländepunkts P. entspricht.
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Diese Operatioxl wird nacheinander mit den verschiedenen in den Speichern
56 und 58 gespeicherten Positionskoordinaten durchgeführt. Am Ende dieses Zyklus
sind in den Speichern 56 und 58 die Koordinaten der ausgewählten Geländepunkte P.
mit hoher Genauigkeit gespeichert.
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