DE3050614C2

DE3050614C2 - Sensor arrangement in a gyroscope

Info

Publication number: DE3050614C2
Application number: DE19803050614
Authority: DE
Inventors: Uwe 7770 Überlingen Krogmann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1986-06-26

Description

des Fahrzeugs in einem geographischen oder Gitterkoordinatensystem bestimmt.of the vehicle in a geographic or grid coordinate system certainly.

Durch die DE-AS 29 03 282 ist ebenfalls ein Gerät zur Bestimmung der Nordrichtung bekannt, bei welchem ein Kreisel in einem Azimutrahmen gelagert ist, der durch einen Stellmotor in verschiedene, um jeweils 90° gegeneinander versetzte Stellungen verdrehbar ist. Die dabei erhaltenen Signale werden gespeichert. Durch Summen- oder Differenzbildung solcher Signale können bestimmte systematische Fehler in den daraus gewonnenen Nutzsignalen eliminiert werden.From DE-AS 29 03 282 a device for determining the north direction is also known in which a gyro is mounted in an azimuth frame, which by a servomotor in different, by 90 ° mutually offset positions is rotatable. The signals received are saved. By Adding or subtracting such signals can cause certain systematic errors in the resulting Useful signals are eliminated.

Durch die nicht vorveröffentüchte DE-OS 29 22 411 ist ein Kreiselgerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch Überlagerung von Sensorsignalen, die bei unterschiedlichen Azimutwinkeln gewonnen und gespeichert werden, systematische Fehler der Sensoren eliminiert werden. Die erhaltenen Signale werden auf eine dort nicht näher beschriebene Schaltung zur Fehlerkompensation gegeben.By the not previously published DE-OS 29 22 411 a gyro device is known in which also by superimposing sensor signals that are obtained and stored at different azimuth angles systematic errors in the sensors are eliminated. The signals received are sent to one there circuit for error compensation not described in detail given.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Sensoranordnung der eingangs definierten Art die Anforderungen an die Genauigkeit der Sensoren und ihrer Montage zu vermindern.The invention is based on the object of meeting the requirements for a sensor arrangement of the type defined at the outset to reduce the accuracy of the sensors and their assembly.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltung zur FehlerkompensationAccording to the invention this object is achieved in that the circuit for error compensation

(a) Multipliziermittel enthält zur Multiplikation gespeicherter Signale oder deren Kombination mit in einem Kalibrierverfahren bestimmten Fehlern der verwendeten Sensoren zur Erzeugung von Korrekturwerten und(a) Multiplying means contains stored signals for multiplication or their combination with in a calibration process determines errors in the sensors used to generate correction values and

(b) Mittel zum Aufschalten der so erhaltenen Korrekturwerte auf gespeicherte Signale nach Maßgabe eines Fehlermodells, derart, daß die signalverknüpfenden Mittel ein hinsichtlich der besagten Fehler korrigiertes Nutzsignal liefern.(b) Means for applying the correction values obtained in this way to stored signals as required an error model, such that the signal combining means a regarding said errors deliver corrected useful signal.

Die Fehler werden somit nicht durch Präzision der Sensoren und ihrer Montage vermindert, sondern werden bestimmt und bei der Signalauswertung berücksichtigt. The errors are therefore not reduced by the precision of the sensors and their assembly, but are determined and taken into account in the signal evaluation.

Wei'ere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Die Erfindung ist nachstehend an drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention is illustrated below using three exemplary embodiments with reference to the associated Drawings explained in more detail.

F i g. 1 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines selbstnordendes Kurs-1..age-Referenzgeräts.F i g. 1 is a schematic-perspective illustration of a first embodiment of a self-assembling one Course 1..age reference device.

F i g. 2 zeigt einen Teil der Signaiverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Elemente C31 und Cyi Richtungskosinusmatrix für eine Transformation aus einem gerätefesten Koordinatensystem in ein erdfestes Koordinatensystem. F i g. 2 shows part of the signal processing means for determining the elements C31 and Cyi direction cosine matrix for a transformation from a fixed coordinate system into a fixed coordinate system.

F i g. 3 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung des Elements C_u der Richtungskosinusmatrix. F i g. 3 shows part of the signal processing means for determining the element C _{u of} the direction cosine matrix.

F i g. 4 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung des Elements Ci 2 der Richtungskosinusmatrix. F i g. 4 shows part of the signal processing means for determining the element Ci 2 of the direction cosine matrix.

F i g. 5 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Winkelfunktion des Azimutwinkels nach Nord aus den Elementen der Richtungskosinusmatrix. F i g. 5 shows part of the signal processing means for determining the angular function of the azimuth angle to north from the elements of the direction cosine matrix.

F i g. 6 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer vereinfachten zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung, und F i g. 7 zeigt die zugehörigen SignalverarbeitungsmitF i g. 6 is a schematic perspective illustration of a simplified second embodiment of a Device for determining the north direction, and FIG. 7 shows the associated signal processing with

F i g. 8 zeigt bei einer abgewandelten Ausführung der Signalverarbeitungsmittel die Mittel für eine Grobbestimmung der Winkelfunktionen des A/.imutwinkcls nach Nord.F i g. 8 shows a modified embodiment of FIG Signal processing means the means for a rough determination of the angular functions of the A / .imutwinkcls to the north.

Fig.9 zeigt bei dieser abgewandelten Ausführungsform die Bestimmung des genauen Wertes des Azimutwinkels sowie die Bestimmung des Kurswinkels.In this modified embodiment, FIG. 9 shows the determination of the precise value of the azimuth angle as well as the determination of the course angle.

F i g. 10 gibt eine Übersicht über den Ablauf des Nordungsvorganges. F i g. 10 gives an overview of the northing process.

Fig. 11 ist eine Abwandlung der Mittel für die Grobbestimmung der Winkelfunktionen und zeigt die Berücksichtigung des Fehlmontagewinkels des Kreisels.Fig. 11 is a modification of the means for coarse determination the angle functions and shows how the incorrect mounting angle of the gyro has been taken into account.

Fig. 12 ist eine Abwandlung der Mittel für die Bestimmung des genauen Wertes des Azimutwinkels und zeigt die Berücksichtigung des Fehlmontagewinkels des Kreisels.Fig. 12 is a modification of the means for the determination the exact value of the azimuth angle and shows that the incorrect mounting angle of the Gyro.

Das selbstnordende Kurs-Lage-Referenzgerät von F i g. 1 enthält einen Azimutrahmen 10. der um eine Azimutachse z° verdrehbar ist. Der Azimutrahmen definiert ein Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen X^er, y⁰ und zf. Auf dem Azimutrahmen 10 ist ein Kreisel 12 angeordnet, dessen Drall H parallel zur Achse X^er verläuft. Der Kreisel definiert ein Koordinatensystem mit der Drallachse z^K, einer zur Azimutachse ■/■' parallelen ersten Eingangsachse y* und einer zweiten Eingangsachse x^K, die senkrecht zur Drallachse /^K und der ersten F.ingangsachse y* verläuft. Der Azimuirahmen 10 mit seinem Koordinatensystem x',/ und /■' ist um die Azimutachse z° verdrehbar gegenüber einem gehäusefesten Koordinatensystem x^c, y^; und zf'·, wobei die Koordinatenachse zP parallel zu der Koordinatenachse zP ist und in der dargestellten 0° -Stellung die Koordinatenachsen xP und y° parallel zu den Koordinatenachsen xF und yC des Azimutrahmens 10 sind. Der Drehwinkel des Azimutrahmens 10 um die Azimutachse /f aus der dargestellten 0°-Stellung heraus ist mit A, bezeichnet. Vorzugsweise ist das gehäusefeste Koordinatensystem parallel zu einem fahrzeugfesten Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen Fahrzeuglängsachse x^F, Fahrzeugquerachse y⁷ und Fahrzeughochachse z^F angeordnet.The self-aligning course-attitude reference device from FIG. 1 contains an azimuth frame 10. which can be rotated about an azimuth axis z °. The azimuth frame defines a coordinate system with the coordinate axes X ^er , y ⁰ and zf. On the azimuth gimbal 10, a gyro 12 is arranged, which swirl H X parallel to the axis ^it extends. The gyro defines a coordinate system with the twist axis z ^K , a first input axis y * parallel to the azimuth axis ■ / ■ ' and a second input axis x ^K that runs perpendicular to the twist axis / ^K and the first input axis y * . The azimuth frame 10 with its coordinate system x ' , / and / ■' can be rotated about the azimuth axis z ° with respect to a coordinate system x ^c , y ^{fixed to the housing;} and zf '·, where the coordinate axis zP is parallel to the coordinate axis zP and, in the 0 ° position shown, the coordinate axes xP and y ° are parallel to the coordinate axes xF and yC of the azimuth frame 10. The angle of rotation of the azimuth frame 10 about the azimuth axis / f from the 0 ° position shown is denoted by A 1. The coordinate system fixed to the housing is preferably arranged parallel to a coordinate system fixed to the vehicle with the coordinate axes of the vehicle longitudinal axis x ^F , vehicle ^{transverse axis y 7} and vehicle vertical axis z ^F.

Auf der ersten Eingangsachse y* des Kreisels 12 sitzen ein erster Abgriff 14 und ein erster Drehmomenterzeuger 16. Auf der zweiten Eingangsachse x^K des Kreisels 12 sitzen ein zweiter Abgriff 18 und ein zweiter Drehmomenterzeuger 20. Der auf der ersten Eingangsachse y* angeordnete erste Abgriff 14 ist über einen Verstärker 22 auf den zweiten Drehmomenterzeuger 20 geschaltet, der auf der zweiten Eingangsachse x^K des Kreisels 12 sitzt. Der auf der zweiten Eingangsachs^ x^K angeordnete zweite Abgriff 18 ist über einen Verstärker 24 auf den ersten Drehmomenterzeuger 16 geschaltet, der auf der ersten Eingangsachse y* des Kreisels 12 sitzt. Auf diese Weise ist der Kreisel um seine Eingangsachsen elektrisch an sein Gehäuse gefesselt. Es handelt sich um einen zweiachsigen Wendekreisel. Die den Drehmomenterzeugern 16 und 20 zugeführten Signale Ti bzw. Ti werden über Filter 26 bzw. 28 abgegriffen und in noch zu beschreibender Weise den Signalverarbeitungsmitteln zugeführt. Y on the first input axis * of the top 12 sit a first tap 14 and a first torque motor 16 to the second input axis x ^K of the circuit 12 to sit, a second tap 18 and a second torquer 20. The y on the first input axis * arranged first tap 14 is connected via an amplifier 22 to the second torque generator 20, which is located on the second input axis x ^{K of} the gyro 12. The second tap 18 arranged on the second input axis ^ x ^K is connected via an amplifier 24 to the first torque generator 16, which is located on the first input axis y * of the gyro 12. In this way, the gyro is electrically tied to its housing around its input axes. It is a two-axis rate gyro. The signals Ti and Ti fed to the torque generators 16 and 20 are tapped via filters 26 and 28 and fed to the signal processing means in a manner to be described below.

Auf der Azimutachse zF sitzt ein Stellmotor 30 zum Verdrehen des Azimutrahrnens 10 um die Azimutachse zF. Auf der Azimutachse zF ist weiterhin ein Winkelstellungsgeber 32 angeordnet Eine umschaltbare Steuereinrichtung 34 ist von dem Signal des Winkelstellungsgebers 32 beaufschlagt und steuert den Stellmotor so, daß der Azimutrahmen 10 wahlweise in die dargestellteOn the azimuth axis zF sits a servo motor 30 for rotating the Azimutrahrnens 10 about the azimuth axis zF. An angular position transmitter 32 is also arranged on the azimuth axis zF. A switchable control device 34 is acted upon by the signal from the angular position transmitter 32 and controls the servomotor so that the azimuth frame 10 is optionally in the position shown

0"-Stellung, in welcher die Kreiseldrallachse z^K parallel zu einer gerätefesten Achse x^f: ist, in eine 90°-Stellung oder in eine 180°-Stellung verdrehbar ist.0 "position, in which the centrifugal spin axis z ^{K is} parallel to an axis x ^f: fixed to the device, can be rotated into a 90 ° position or a 180 ° position.

Auf dem Azimutrahmen 10 ist ein erster Beschleunigungsmesser 36 angeordnet, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Kreiseldrallachse z^K ist, und ein zweiter Beschleunigungsmesser 38, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zu der zweiten Eingangsachse x^K des Kreisels 12 ist. Die Signale Ux und Uy des ersten bzw. des zweiten Beschleunigungsmessers werden über Filter 40 bzw. 42 ebenfalls den Signalverarbe'.tungsmitteln zugeführt.A first accelerometer 36, the sensitivity axis of which is parallel to the gyroscopic spin axis z ^K , and a second accelerometer 38, the sensitivity axis of which is parallel to the second input axis x ^{K of} the gyro 12, are arranged on the azimuth frame 10. The signals Ux and Uy of the first and the second accelerometer are also fed to the signal processing means via filters 40 and 42, respectively.

Die für die Anfangsausrichtung benutzten Teile der Signalverarbeitungsmittel sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. The parts of the signal processing means used for the initial alignment are shown in FIGS.

Die Signalverarbeitungsmittel enthalten Mittel 44,46, 48 zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 zugeführten SignaleThe signal processing means contain means 44,46, 48 for storing the signals fed to the first torque generator 16

— T2I0. — Ti\<m, — T2I180- T2I0. - Ti \ <m, - T2I180

in der 0^1J-Stellung, der 90°-Stellung bzw. der 180°-Stellung. Die Signalverarbeitungsmittel enthalten weiterhin Mittel 50, 52 zur Bildung der halben Differenz der bei der 0"-Stellung und bei der 180°-Stellung gespeicherten Signale sowie Mittel 54 zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponentein the 0 ^1J position, the 90 ° position or the 180 ° position. The signal processing means also contain means 50, 52 for forming half the difference between the signals stored in the 0 "position and in the 180 ° position, as well as means 54 for dividing the signal obtained thereby by the horizontal component

SJ₁. = SJi ■ cos Φ SJ ₁ . = SJi ■ cos Φ

der F.iddruhung. Weiterhin enthalten die Signalverarbeitungsmittel Mittel 56,58 zur Bildung des Mittelwerts der in der 0°-Stellung und der 180°-Stellung im ersten Drehmomenterzeuger 16 zugführten, in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale, Mittel 60 zur Subtraktion des in der 90°-Stellung in dem Speicher 46 gespeicherten Signals — TzIiq von diesem Mittelwert und Mittel 62 zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkoniponentethe F.iddruhung. Furthermore, the signal processing means contain means 56, 58 for forming the mean value of the signals fed in the 0 ° position and the 180 ° position in the first torque generator 16 and stored in the memories 44 and 48, means 60 for subtracting the 90 ° - Position in the memory 46 stored signal - TzIiq of this mean value and means 62 for dividing the signal obtained thereby by the horizontal component

SJ₁- = SJi: · cos Φ SJ ₁ - = SJi: · cos Φ

der Erddrehung.the rotation of the earth.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird auch eine evtl. Schräglage des Azimutrahmens bei der Anfangsausrichlung berücksichtigt. Dies geschieht durch die Signale der Beschleunigungsmesser 36 und 38.In the embodiment according to FIG. 1, a possibly The inclination of the azimuth frame is taken into account in the initial alignment. This is done through the signals the accelerometers 36 and 38.

Dementsprechend enthalten die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtüng weiterhin Mittel 64,66 zur Division der Beschleunigungsmessersignale durch die negative Erdbeschleunigung zur Erzeugung von Signalen, welche die Elemente C31 und Cyi der Richtungskosinusmatrix für eine Transformation aus einem gerätefesten Koordinatensystem xP, y°, 2P in ein erdfestes Koordinatensystem mit Nord, Ost und Vertikaler darstellen. Es sind weiterhin Mittel 68 (F i g. 4) zur Multiplikation des so erhaltenen C32-Signals mit der Vertikalkomponente SJe · sin Φ der Erdrehung vorgesehen, wobei SJe die Drehgeschwindigkeit der Erde und Φ die geographische Breite ist. Weiterhin sind Mittel 70 zur Addition des erhaltenen Produkts SJ_S ■ C32 zu der besagten halben Differenz der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale vor der besagten Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung (durch die Mittel 54), wobei diese Division ein das Element Cn der Richtungskosinusmatrix darstellendes Signal liefertAccordingly, the signal processing means for determining the north direction also contain means 64, 66 for dividing the accelerometer signals by the negative acceleration due to gravity to generate signals which the elements C31 and Cyi of the direction cosine matrix for a transformation from a device-fixed coordinate system xP, y °, 2P into a Represent earth-fixed coordinate system with north, east and vertical. Means 68 (FIG. 4) are also provided for multiplying the C32 signal thus obtained by the vertical component SJe · sin Φ of the earth's rotation, SJe being the rotational speed of the earth and Φ the geographical latitude. There are also means 70 for adding the product SJ _S · C32 obtained to said half the difference between the signals stored in the memories 44 and 48 before said division by the horizontal component of the rotation of the earth (by means 54), this division including the element Cn the direction cosine matrix provides a signal representing

In ähnlicher Weise sind Mittel 72 zur Multiplikation des C)i-Signals mit der Vertikalkomponente
SJ, = SJr ■ cos Φ Similarly, there are means 72 for multiplying the C) i signal by the vertical component
SJ, = SJr ■ cos Φ

der Erddrehung sowie Mittel 74 zur Addition der besagten Differenz des in dem Speicher 46 gespeicherten Signals und dem Mittelwert der in den Speichern 44, 48 gespeicherten Signale und des besagten Produkts von C31-Signal und Vertikalkomponente vor der Division durch die Horizontalkomponente ß_c der Erddrehung vorgesehen, wobei diese Division ein das Element Cn der Richtungskosinusmatrix darstellendes Signal liefert (F ig. 3).of the rotation of the earth and means 74 for adding said difference of the signal stored in the memory 46 and the mean value of the signals stored in the memories 44, 48 and the said product of the C31 signal and the vertical component prior to division by the horizontal component β _{c of} the rotation of the earth , whereby this division supplies a signal representing the element Cn of the direction cosine matrix (FIG. 3).

Es sind weiterhin, wie in Fig. 5 dargestellt ist, Mittel zur Bildung von den Sinus und Kosinus des Azimutwinkels nach Nord darstellenden Signalen vorgesehen.As shown in FIG. 5, there are also means provided for the formation of signals representing the sine and cosine of the azimuth angle to the north.

Diese Mittel zur Bildung des Sinus und Kosinus des Azimutwinkels nach Nord enthalten Mittel 76 zur Division uG5 i_.| (-Signals uürCii \\ — t_ ji, WöuUfCn SiCii c'l'fl dem Kosinus des Azimutwinkeb nach Nord cos ψ darstellendes Signal ergibt. Es sind weiterhin Mittel 78 zur Multiplikation Ci2-Signals mit [/I — Oi\ und Mittel 80 zur Multiplikation des cos ^-Signals mit C31 · Cu vorgesehen. Das so erhaltene Produktsignal wird durch Additionsmittcl 82 zu dem mit der Wurzel multiplizierten Ci2-Signal addiert. Es sind Mittel vorgesehen zur Division der so erhaltenen Summe durch das negative Element — Cjj der Richtungskosinusmatrix, wodurch sich ein den Sinus des Azimutwinkels nach Nord sin ψ darstellendes Signal ergibt. Dabei ergibt sich das Element C33 der Richtungskosinusmatrix aus den gemäß F i g. 2 bestimmten Elementen C31 und C32 durch die BeziehungThese means for forming the sine and cosine of the azimuth angle to the north contain means 76 for dividing uG5 i_. | (-Signals uürCii \\ - t_ ji, WöuUfCn SiCii c'l'fl results in a signal representing the cosine of the azimuth angle to north cos ψ . There are also means 78 for multiplying the Ci2 signal with [/ I - Oi \ and means 80 for Multiplication of the cos ^ signal by C31 · Cu provided. The product signal thus obtained is added to the Ci2 signal multiplied by the root by adding means 82. Means are provided for dividing the sum thus obtained by the negative element - Cjj of the direction cosine matrix, which results in a signal representing the sine of the azimuth angle to north sin ψ . The element C33 of the direction cosine matrix results from the elements C31 and C32 determined according to FIG

C33 = l/l - C-31 - C-32C33 = l / l - C-31 - C-32

Um auch diejenigen Fehler zu eliminieren, die nicht durch die Messungen in der 0°-Stellung und der 180°-Stellung und die beschriebene Kombination der dabei erhaltenen gespeicherten Signale kompensiert werden, sind der besagten halben Differenz der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale das in der 0-Stellung im Speicher 44 gespeicherte Signal multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DSF_x und das in der 90°-Stellung im Speicher 46 gespeicherte Signal multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel a_x} des Kreisels um die Azimutachse ^wiedergebenden Faktor entgegengeschaltet. Der besagten Differenz des Mittelswerts der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale (Fig.3) und des im Speicher 46 gespeicherten Signals wird das in der 0°-Stellung im Speicher 44 gespe'cherte Signal multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel a_vdes Kreisels um die Azimutachse ^wiedergebenden Faktor entgegengeschaltet und das in der 90°-Stellung im Speicher 46 gespeicherte Signal multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DSF_x überlagert.In order to also eliminate those errors which are not compensated for by the measurements in the 0 ° position and the 180 ° position and the described combination of the stored signals obtained in this way, the said half the difference between the signals stored in the memories 44 and 48 is the signal stored in the 0 position in the memory 44 multiplied by the scale factor error DSF _x and the signal stored in the 90 ° position in the memory 46 multiplied by a factor that reproduces the incorrect mounting angle a _{x} of} the gyro about the azimuth axis ^. The said difference between the mean value of the signals stored in the memories 44 and 48 (FIG. 3) and the signal stored in the memory 46 is multiplied by the signal stored in the 0 ° position in the memory 44 by the incorrect mounting angle a _{v of} the gyro about the azimuth axis ^ reproducing factor and superimposed on the signal stored in the 90 ° position in the memory 46 multiplied by the scale factor error DSF _x.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 5 sind weiterhin Mittel 86, 88 bzw. 90, 92 zur Speicherung der Signale von beiden Beschleunigungsmessern 36, 38 jeweils in der 0°-Stellung und in der 180°-Stellung vorgesehen. Weiterhin enthalten die Signalauswertermittel Mittel 94,96 bzw. 98,100 zur Bildung der halben Differenzen der in der 0°-Stellung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale für jeden der beiden Beschleunigungsmesser 36, 38 als Beschleunigungsmessersignale zur Division durch die Erdbeschleunigung, wie in F i g. 2 bei 64 und 66 angedeutet ist. Dem als halbe Differenz der gespeicherten Signale gebildeten Beschleunigungsmessersignal des ersten Beschleunigungsmessers 36In the embodiment according to FIG. 1 to 5 are also means 86, 88 and 90, 92 for storing the Signals from both accelerometers 36, 38 are provided in the 0 ° position and in the 180 ° position. The signal evaluation means also contain means 94, 96 and 98, 100 for forming half the differences the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position for each of the two accelerometers 36, 38 as accelerometer signals for division by the acceleration due to gravity, as in FIG. 2 at 64 and 66 is indicated. The accelerometer signal formed as half the difference between the stored signals of the first accelerometer 36

wird das in der 0°-Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers 36 multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DK_x dieses Beschleunigungsmessers 36 sowie das in der 0°-Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 multipliziert mit einem dem Fehlmontagewinkel des ersten Beschleunigungsmessers 36 um die Azimutachse 2C entsprechenden Faktor £„ entgegengeschaltet. Dem als halbe Differenz der gespeicherten Signale gebildeten Beschleunigungsmessersignal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 ist das in der 0° -Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DK_y dieses Beschleunigungsmessers 38 entgegengeschaltet und das in der 0°-Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers 36 multipliziert mit einem dem Fehlmontagewinkel des zweiten Beschleunigungsmessers 38 um die Azimutachse z° des entsprechenden Faktors s_yz überlagert. Auf diese Weise ergeben sich die Komponenten C31 und C32 der Richtungskosinusmatrix korrigiert hinsichtlich der Fehler der verwendeten Bauteile, wodurch die Anforderungen an die Präzision der Bauteile reduziert werden können. Es müssen lediglich die Fehler der Bauteile bekannt sein. Diese können in einem Kalibrierverfahren vor Auslieferung des Gerätes bestimmt werden. Aus dem gleichen Grunde wird bei der beschriebenen Ausführung der besagten Differenz vom Mittelwert der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale und im Speicher 46 gespeicherten Signal das in der 0°-Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers 36 dividiert durch den Skalenfaktor SF_x desselben und multipliziert mit einem die Masseunwucht-Drift des Kreisels darstellenden Faktor m überlagert und das Produkt der in der 0-Stellung in den Speichern 86, 90 gespeicherten Signale des ersten und des zweiten Beschleunigungsmessers 36 bzw. 38, jeweils dividiert durch den zugehörigen Skalenfaktor SF, bzw. SF_y, multipliziert mit einem die zweifache Anisoelastizität 2n des Kreisels 12 darstellenden Faktor entgegengeschaltet. Das ist in F i g. 3 durch den Block 102 und Summierpunkt 104 sowie den eine Multiplikation symbolisierenden Block 106 und Gtock 108 dargestellt. Wie in Fig.4 durch Block UO und Summierpunkt 112 dargestellt ist, ist der besagten halben Differenz der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale das in der 0°-Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 multipliziert mit einem die Masseunwucht-Drift des Kreisels 12 darstellenden Faktor m überlagert.the signal of the first accelerometer 36 stored in the 0 ° position is multiplied by the scale factor error DK _{x of} this accelerometer 36 and the signal of the second accelerometer 38 stored in the 0 ° position is multiplied by the incorrect mounting angle of the first accelerometer 36 around the azimuth axis 2C corresponding factor £ "counteracted. The accelerometer signal of the second accelerometer 38, which is formed as half the difference between the stored signals, is countered by the signal of the second accelerometer 38, which is stored in the 0 ° position, multiplied by the scale factor error DK _{y of} this accelerometer 38, and the signal from the first accelerometer stored in the 0 ° position 36 multiplied by a superimposed on the incorrect mounting angle of the second accelerometer 38 about the azimuth axis z ° of the corresponding factor s _yz . In this way, the components C31 and C32 of the direction cosine matrix result corrected with regard to the errors of the components used, whereby the requirements for the precision of the components can be reduced. Only the faults in the components need to be known. These can be determined in a calibration process before the device is delivered. For the same reason, in the embodiment described, the said difference from the mean value of the signals stored in the memories 44 and 48 and the signal stored in the memory 46 is the signal of the first accelerometer 36 stored in the 0 ° position divided by the scale factor SF _{x of the} same and multiplied by a factor m representing the mass imbalance drift of the gyro and superimposed on the product of the signals of the first and second accelerometers 36 and 38 stored in the 0 position in the memories 86, 90, each divided by the associated scale factor SF or SF _y , multiplied by a factor that represents twice the anisoelasticity 2n of the gyro 12 , is switched in the opposite direction. That is in Fig. 3 by the block 102 and summing point 104 as well as the block 106 and Gtock 108 symbolizing a multiplication. As shown in FIG. 4 by block UO and summing point 112 , said half the difference between the signals stored in the memories 44 and 48 is the signal of the second accelerometer 38 stored in the 0 ° position multiplied by the mass imbalance drift of the gyro 12 representing factor m superimposed.

Eine vereinfachte Ausführungsform zeigen die F i g. 6 und 7. Der Grundaufbau ist bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 ähnlich wie der der oben beschriebenen Ausführung. Entsprechende Teile sind in F i g. 6 und 7 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 wird vorausgesetzt, daß der Azimutrahmen 10 mit der Azimutachse 2F für die Vorausrichtung genau vertikal ausgerichtet ist oder jedenfalls die Abweichungen von der Vertikalen vernachlässigbar sind. In diesem Falle vereinfachen sich die Signalverarbeitungsmittel für die Vorausrichtung in der in F i g. 7 dargestellten Weise. Die Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung, dargestellt durch die Blöcke 54 und 62 liefern dann unmittelbar — sin ψ bzw. cos ψ. Die Beschleunigungsmessersignale werden 0, und die Elemente Ct 2 und C< < der Richtungskosinusmatrix sind unmittelbar — sin ψ bzw. cns φ. Die Elemente Cn und C32 der Richtungskosinusmatrix verschwinderr, während das Element C33 der Richtungskosinusmatrix eins wird.A simplified embodiment is shown in FIGS. 6 and 7. The basic structure is in the embodiment according to FIG. 6 and 7 similar to that of the embodiment described above. Corresponding parts are shown in FIG. 6 and 7 are provided with the same reference numerals as there. In the embodiment according to FIG. 6 and 7 it is assumed that the azimuth frame 10 is precisely vertically aligned with the azimuth axis 2F for the pre-alignment or in any case the deviations from the vertical are negligible. In this case, the signal processing means for the pre-alignment in the FIG. 7 illustrated manner. Division by the horizontal component of the earth's rotation, represented by blocks 54 and 62 , then immediately yields - sin ψ or cos ψ. The accelerometer signals become 0, and the elements Ct 2 and C <<of the direction cosine matrix are immediately - sin ψ and cns φ, respectively. The elements Cn and C32 of the direction cosine matrix disappear, while the element C33 of the direction cosine matrix becomes one.

Bei Kurs-Lage-keferenzbetrieb während der Fahrt erfolgt die laufende Berechnung des Kurswinkels nach Art der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 22 414.4-52 »Kurs-Lage-Referenzgerät« bei welcher die Achsen des Kreisels in gleicher Weise angeordnet sind wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Gegenüber der vorgenannten älteren Patentanmeldung ergibt sich der Vorteil, daß eine zusätzliche Verschwenkung des Kreisels um eine horizontale Schwenkachse entfällt. Auf den Inhalt der Patentanmeldung P 29 22 414.4-52 wird zur Ergänzung der Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen.In the case of course position reference operation while driving, the current calculation of the course angle is carried out according to Type of the not previously published German patent application P 29 22 414.4-52 "Course-position reference device" in which the axes of the gyro are arranged in the same way as in those described above Embodiments. Compared to the aforementioned earlier patent application has the advantage that a There is no additional pivoting of the gyro about a horizontal pivot axis. On the content of the patent application P 29 22 414.4-52 is expressly referred to to supplement the disclosure.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 6 und 7 müssen zur Erzielung maximaler Nordungsgenauigkeit der Skalenfaktorfehler des Kreisels sowie ein Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse ze berücksichtigt werden. Nachstehend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die rechnerische Berücksichtigung eines Skalenfaktorfehlers entfallen kann.In the device according to FIG. 6 and 7, the scale factor errors of the gyro and an incorrect mounting angle of the gyro about the azimuth axis ze must be taken into account in order to achieve maximum northing accuracy. An embodiment is described below in which the computational consideration of a scale factor error can be dispensed with.

Der mechanische Aufbau der abgewandelten Ausführung ist praktisch der gleiche wie in F i g. 6. Der Azimutrahmen 10 kann jedoch durch entsprechende Ausbildung der Steuereinrichtung 34 durch den Stellmotor 30 zusätzlich in die 270° -Stellung verdreht werden, bei welcher also A₂ = 270° ist.The mechanical structure of the modified version is practically the same as in FIG. 6. The azimuth frame 10 can, however, additionally be rotated into the 270 ° position by means of the servomotor 30 by appropriately designing the control device 34, in which therefore A ₂ = 270 °.

Die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung enthalten zusätzlich zu den Speichern zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 in der 0°-Stellung, der 90°-Stellung und der 180°-Stellung zugeführten Signale weiterhin einen Speicher 114 zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 in der 270°-Stellung zugeführten Signale. Es sind ebenfalls Mittel 50, 52 zur Bildung der halben Differenz der in der 0°-Stellung und in der 180°-Stellung in den Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale vorgesehen. Ebenso enthalten die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin Mittel 116,118 zur Bildung der halben Differenz der bei der 90° -Stellung und der 270° -Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signale. Wie bei drr Ausführung nach F i g. 7 sind Mittel 54 vorgesehen zur Division der halben Differenz der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale durch die HorizontalkomponcnteThe signal processing means for determining the north direction contain, in addition to the memories for storing the signals supplied to the first torque generator 16 in the 0 ° position, the 90 ° position and the 180 ° position, a memory 114 for storing the signals sent to the first torque generator 16 signals supplied in the 270 ° position. Means 50, 52 are also provided for forming half the difference between the signals stored in the memories 44 and 48 in the 0 ° position and in the 180 ° position. The signal processing means for determining the north direction also contain means 116, 11 for forming half the difference between the signals stored in the memories 46 and 114 at the 90 ° position and the 270 ° position. As with the embodiment according to FIG. 7 means 54 are provided for dividing half the difference between the signals stored in the memories 44 and 48 by the horizontal component

ß_c =ß _c =

cos Φ cos Φ

der Erddrehung. Wie bei Fig. 7 ergibt sich dabei ein Signal, welches den negativen Sinus des Azimutwinkels — sin ■#/darstellt.the rotation of the earth. As in FIG. 7, this results in a Signal that represents the negative sine of the azimuth angle - sin ■ # /.

In analoger Weise sind bei der Ausführung nach F i g. 8 Mittel 120 zur Division der halben Differenz der in den Speichern 46, 114 gespeicherten Signale durch die Horizontalkomponente ü_c = Ωε ■ cos Φ der Erddrehung vorgesehen. Diese Division ergibt einen Wert für den negativen Kosinus des Azimutwinkels — cos ψ. In an analogous manner, in the embodiment according to FIG. 8 means 120 for dividing half the difference between the signals stored in the memories 46, 114 by the horizontal component ü _c = Ωε · cos Φ of the earth's rotation are provided. This division gives a value for the negative cosine of the azimuth angle - cos ψ.

Die so erhaltenen Werte für — sin ψ und — cos ψ ergeben sich ohne genaue Kenntnis des Skalenfaktorfehlers. Sie können durch einen Skalenfaktorfehler mit einer Ungenauigkeit behaftet sein. Sie gestatten jedoch die Bestimmung des Quadranten, in welchem der Azimutwinkel nach Nord liegt. Dementsprechend sind Mittel zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels nach Nord aus den durch die Divisionen bei 54 und 120 ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaltenen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Winkels vorgesehen.The values for - sin ψ and - cos ψ obtained in this way are obtained without precise knowledge of the scale factor error. They can be subject to inaccuracy due to a scale factor error. However, they allow the determination of the quadrant in which the azimuth angle to north lies. Accordingly, means are provided for determining the quadrant of the azimuth angle to the north from the values of the negative sine and cosine of this angle obtained by the divisions at 54 and 120 without precise knowledge of a scale factor error.

Es sind weiterhin Mittel zur vom Skalenfaktor unab-There are still means of

hängigen Bestimmung des Absolutswerts einer Winkelfunktion des A/.imutwinkels nach Nord vorgesehen. Diese Mitte! sind in F i g. 9 dargestellt und werden unien im einzelnen beschrieben. Es sind weiterhin Mittel zur Bestimmung eines zugehörigen Winkelwerts kleiner als 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten vorgesehen.dependent determination of the absolute value of an angle function of the A / .imut angle to the north. This middle! are in Fig. 9 shown and are unien described in detail. There are also means for determining an associated angle value smaller than 90 ° from the absolute value of the angle function and means for determining the azimuth angle to the north the said angular value and the quadrant determined from the sine and cosine.

Die beschriebene Ausführungsform geht von der Erkenntnis aus, daß es einerseits möglich ist aus den durch einen Skalenfaktorfehler beeinflußten Winkelfunktionen des Azimutwinkels dessen Quadranten festzustellen, und daß es andererseits möglich ist, eine von einem Skalenfaktorfehler unbeeinflußte Winkelfunktion des Azimutwinkels zu bilden, die dann allerdings in Bezug auf den Azimutwinkel selbst mehrdeutig ist. Aus dem auf dem einen Wege ermittelten Quadranten und der iiuf dem anderen Wege ermittelten Winkelfunktion, z. B. dem Absolutwert des Sinus, kann dann der tatsächliche Wert des Azi nutwinkels ermittelt werden.The embodiment described is based on the knowledge that on the one hand it is possible from the determine a scale factor error influenced angular functions of the azimuth angle of its quadrant, and that, on the other hand, it is possible to use an angle function of the which is not influenced by a scale factor error To form azimuth angle, which is then, however, ambiguous in relation to the azimuth angle itself. From the quadrant determined on one way and the angle function determined on the other way, e.g. B. the absolute value of the sine, the actual value of the azimuth angle can then be determined.

Dementsprechend enthalten die Signalverarbeitungsmittcl weiterhin Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkcls nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.Accordingly, the signal processing means contain furthermore means for determining the azimuth angle to the north from said angle value and the quadrants determined from sine and cosine.

Im einzelnen ist diese Ausführungsform folgendermaßen aufgebaut:In detail, this embodiment is as follows built up:

Wie aus F i g. 8 ersichtlich ist, sind Mittel 122 bzw. 124 vorgesehen zur Division der besagten halben Differenzen durch (I 4- DSF_x) vor der Division durch die Horizonuilkomponenten .£?,.■ der Erddrehung, wobei DSF_x ein angenommener Skalenfaktorfehler ist. Für den ersten Rechengang kann beispielsweise DSF, = 0 angenommen werden, oder man kann einen geschätzten oder näherungsweise bekannten Wert einsetzen. Die Anordnung von Fig. 9 enthält außer den Mitteln zur Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimuiwinkcls auch Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF,) aus den in den Speichern 44, 48, 46, 114 gespeicherten Signalen, die unten noch näher beschrieben werden. F.in Signal (1 + DSF_x) erscheint an einem Ausgang 126. Es sind Mittel 128, 130 vorgesehen zur Eingabe des so ermittelten neuen Wertes für (I + DSFJm die besagten Mittel 122 bzw. 124 zur Multiplikation. As shown in FIG. 8, means 122 and 124 are provided for dividing the said half differences by (I 4- DSF _x ) before dividing by the horizon components. £?,. ■ the rotation of the earth, where DSF _{x is} an assumed scale factor error. For the first calculation run, for example, DSF, = 0 can be assumed, or an estimated or approximately known value can be used. In addition to the means for determining the absolute value of an angle function of the azimuth angle, the arrangement of FIG. 9 also contains means for determining (1 + DSF,) from the signals stored in the memories 44, 48, 46, 114 , which are described in more detail below . F.in signal (1 + DSF _x ) appears at an output 126. Means 128, 130 are provided for entering the new value thus determined for (I + DSFJm, said means 122 and 124 for multiplication.

Die Mittel zur Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwinkels sind in F i g. 9 dargestellt. Sie enthalten Mittel 132 zum Bilden der Differenz der in der 0°-Stellung und in der !30° -Stellung in der; Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale, Mittel 134 zum Quadrieren dieser Differenz Mittel 136 zum Bilden der Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signale, Mittel 138 rum Quadrieren dieser Differenz und Mittel zum Addieren der so erhaltenen Quadrate. Es sind Mittel 142 zum Ziehen der Wurzel der erhaltenen Quadratsumme vorgesehen sowie Mittel 144 zur Bildung des Quotienten der von den Mitteln 132 gelieferten ersteren Differenz und der Wurzel der Qudratsumme, wodurch ein dem Absolutwert des Sinus des Azimutwinkels nach Nord|sin φ\ darstellendes Signal erhalten wird. Die Mittel zur Bestimmung des zugehörigen Winkelwerts sind von Mitteln 136 zur Erzeugung der Arcussinusfunktion gebildet.The means for determining the absolute value of an angle function of the azimuth angle are shown in FIG. 9 shown. They contain means 132 for forming the difference between the 0 ° position and the 30 ° position in the; Stores 44 or 48 stored signals, means 134 for squaring this difference, means 136 for forming the difference between the signals stored in the 90 ° position and in the 270 ° position in the memories 46 and 114 , means 138 for squaring this difference and means for adding the squares thus obtained. Means 142 are provided for extracting the root of the sum of squares obtained and means 144 for forming the quotient of the first difference supplied by means 132 and the root of the sum of squares, as a result of which a signal is obtained which represents the absolute value of the sine of the azimuth angle to north | sin φ \ will. The means for determining the associated angular value are formed by means 136 for generating the arcsine function.

Die quadrantenbestimmenden Mittel legen den Quadranten des Azimutwinkels nach folgender Beziehung fest:The quadrant determining means place the quadrant of the azimuth angle according to the following relation fixed:

Quadrantquadrant V-V- cos ;cos; I sinI sin V-V- cos <cos < Il sinIl sin ψ<ψ < cos <cos < UI sinUI sin φ<φ < cos ;cos; IV sinIV sin > O > O > 0> 0 > O> O ; 0; 0 ; O; O : 0: 0 ; O; O > 0> 0

Mit dem so bestimmten Quadranten und dem gemäß F i g. 9 erhaltenen Wert von \y\ ergibt sich der tatsächliche Winkel ψ unbeeinflußt von Skalenfaktorfehlern nach folgender BeziehungWith the quadrant thus determined and the one shown in FIG. The value of \ y \ obtained in 9 gives the actual angle ψ unaffected by scale factor errors according to the following relationship

Quadrantquadrant

AziiTuitwinkelAziiTuitwinkel

V = \V-\V = \ V- \

ψ= 180" - \ψ\ ψ= 180° + \ψ\ ψ = 360° - j ψ\ ψ = 180 "- \ ψ \ ψ = 180 ° + \ ψ \ ψ = 360 ° - j ψ \

Die vorerwähnten Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF_x) sind, wie in F i g. 9 dargestellt ist, von Mitteln 148 zur Division der besagten Wurzel der Quadratsumme durch die doppelte Horizontalkomponente 2 ü_c der Erddrehung gebildet, welche einen aktuellen Wert für (1 -■- DSF_x) an dem Ausgang 126 liefern. Mit diesem aktuellen Wert werden die Mittel 122 und 124 zur Multiplikation beaufschlagt.The aforementioned means for determining (1 + DSF _x ) are as in FIG. 9, formed by means 148 for dividing the said root of the sum of squares by the double horizontal component 2 ü _{c of} the earth's rotation, which supply a current value for (1 - ■ - DSF _x ) at the output 126. This current value is applied to the means 122 and 124 for multiplication.

Die beschriebene Anordnung gestattet eine genaue Messung, die nicht durch Skalenfaktorfehler beeinträchtigt ist. Es brauchen also keine Skalenfaktorfehler rechnerisch berücksichtigt zu werden. Eine weitere Bedingung der bisher beschriebenen Anordnung ist die, daß der Fehlmontagewinkel λ» des Kreisels 12 um die Azimutachse ζ*⁷ vernachlässigbar klein gemacht wird.The arrangement described allows an accurate measurement that is not affected by scale factor errors. So there is no need to take into account any scale factor errors. Another condition of the arrangement described so far is that the incorrect assembly angle λ »of the gyro 12 about the azimuth axis ζ * ^{7 is made} negligibly small.

Wenn dies nicht möglich ist oder einen unerwünscht hohen Aufwand darstellt, kann der Fehlmontagewinkel gemäß Fig. 11 und 12 rechnerisch berücksichtigt werden, vorausgesetzt daß er einmal bestimmt und im Rechner abgespeichert worden ist. Das ist möglich, da der Fehlmontagewinkel sich im Laufe der Zeit praktisch nicht ändert.If this is not possible or represents an undesirably high effort, the incorrect mounting bracket 11 and 12 are taken into account arithmetically, provided that it has been determined once and stored in the computer. It is possible there the incorrect mounting angle practically does not change over time.

Fig.il entspricht im wesentlichen der Anordnung von Fi g. 8, und Fig. 12 entspricht im wesentlichen der Anordnung von Fig. 9, und entsprechende Tei'.e sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Fig.il essentially corresponds to the arrangement from Fi g. 8 and FIG. 12 essentially corresponds to that The arrangement of Fig. 9, and corresponding parts are each provided with the same reference numerals.

Gemäß Fig. 11 ist die halbe Differenz der in der 0° -Stellung und in der 180° -Stellung in den Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale multipliziert mit einem der: Fehimomagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutachse zC wiedergebenden Faktor <x_xj, wie durch den Block 150 und den Summierpunkt 152 dargestellt- der halben Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung in den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale entgegengeschaltet. Ebenso ist die halbe Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung in den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die die Azimutachse ^wiedergebenden Faktor <x_xy, wie durch den Block 154 und den Summierpunkt 156 dargestellt ist, der halben Differenz der in der 0°-Stellung und in der 180°-Stellung in den Speichern 144,148 gespeicherten Signale entgegengeschaltet.Referring to FIG. 11, the half the difference in the 0 ° position and in the 180 ° position in the memories 44 and 48 stored signals is multiplied by one of: Fehimomagewinkel of the circuit 12 reproducing about the azimuth axis zC factor <x _xj, as represented by the block 150 and the summing point 152 , the half difference between the signals stored in the 90 ° position and in the 270 ° position in the memories 46 and 114 is switched in the opposite direction. Likewise, half the difference between the signals stored in the 90 ° position and in the 270 ° position in the memories 46 and 1 14 multiplied by the incorrect mounting angle of the gyro 12 by the factor <x _xy , which reproduces the azimuth axis ^, as by the Block 154 and the summation point 156 is shown, half the difference between the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position in the memories 144, 148.

In ähnlicher Weise ist in F i g. 12 bei der Bestimmung des Absolutwerts der Winkelfunktion des Azimutwinkels die bei 136 gebildete Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270° -Stellung in den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die AzimutachseSimilarly, in FIG. 12 when determining the absolute value of the angular function of the azimuth angle, the difference formed at 136 between the signals stored in the 90 ° position and in the 270 ° position in the memories 46 and 114 multiplied by the incorrect mounting angle of the gyro 12 about the azimuth axis

1313th

zf wiedergebenden Faktor λ_λι. wie durch den Block 158 und Summierpunkt 160 angedeutet ist, der bei 132 gebildeten Differenz der in der 0°-Stellung und in der 180° -Stellung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale entgegengeschaltet. Die bei 132 gebildete Differenz der in der 0° -Stellung und in der 180°-Stellung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale ist multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutachse 2^er wiedergebenden Faktor ac_xy, wie durch den Block 162 und Summierpunkt 164 angedeutet ist, der Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signal entgegengeschaltetzf reproducing factor λ _λι . as indicated by block 158 and summation point 160 , the difference formed at 132 between the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position in the memories 44 and 48 is switched. The difference in the 0 ° position and in the 180 ° position in the memories 44 and 48 stored signals formed at 132 is multiplied by the incorrect installation angle of the gyro 12 around the azimuth axis 2 ^it reproducing factor ac _xy, as indicated by block 162 and summation point 164 is indicated, the difference between the signal stored in the 90 ° position and in the 270 ° position in the memories 46 and 114, respectively, is switched

F i g. 10 zeigt übersichtlich den Ablauf des Nordungsvorgangs. F i g. 10 clearly shows the sequence of the northing process.

Statt der Beschleunigungsmesser können auch andere Lotfühler, z. B. Libellen, vorgesehen werden. Die Signalverarbeitung muß dann entsprechend der Art der Signale dieser Lotfühler abgewandelt werden.Instead of the accelerometer, other plumbing sensors, e.g. B. dragonflies are provided. The signal processing must then be modified according to the type of signals this plumb line sensor.

20 Hierzu 12 Blatt Zeichnungen 20 12 sheets of drawings

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

6565

Claims

Patent claims:

1. Sensor arrangement in a gyro for determining the north direction, containing

an azimuth frame that is rotatably mounted about an azimuth axis,

inertidle sensors arranged on the azimuth frame, a servomotor for rotating the azimuth frame around the azimuth axis in different positions, in which the input axis of a sensor is in one of two mutually perpendicular in the azimuth intersecting planes, signal processing means on which the signals of the sensor are activated and which

Contain means for storing the signals of the sensor received in the various positions, means for linking such signals to generate useful signals and
a circuit for error compensation
characterized in that the circuit for error compensation

2525th

3030th

3535

(a) multiplying means (102, 108; 150, 154, 158, 162

...) contains for the multiplication of stored signals (T \, Ti, U _x , Uy) or their combinations with errors (m. 2 ■ n, a _xy ..) of the sensors used (12, 36, 38 ) for generating correction values and

(b) Means (104, 112, 152, i56 ...) for applying the correction values thus obtained to stored signals in accordance with an error model, in such a way that the signal-linking means deliver a useful signal corrected with regard to said errors.

4040

2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the error to be corrected is a Incorrect mounting bracket is.

3. Sensor arrangement according to claim 1, wherein the inertial sensor is based on components of the earth's rotational speed appealing rate gyro is where

the twist axis lies in a plane perpendicular to the azimuth axis and

an input axis in this plane runs perpendicular to the twist axis,
characterized in that

(a) half the difference between the rate gyro signals stored in a 0 ° position and a 180 ° position, the signal stored in the 0 ° position multiplied by the scale factor error DSF _x and the signal stored in the 90 ° position multiplied by one to incorrect installation angle _"v of the gyroscope about the azimuth axis ^ reproducing factor are opposed and connected

(b) the difference between the mean value of the signals stored in the 0 ° position and the 180 ° position and the signal stored in the 90 ° position, the signal stored in the 0 ° position multiplied by an incorrect mounting angle around the gyro Azimuth axis ^ reproducing factor is switched in the opposite direction and the signal stored in the 90 ° position multiplied by the scale factor error DSF _{x is} superimposed.

4. Sensor arrangement according to claim 1 with two accelerometers offset from one another by 90 ° characterized as inertial sensors by

(a) Means (86, 88 or 90, 92) for storing the signals from the two accelerometers (36, 38) in the 0 ° position and in the 180 ° position,

(b) Means (94, 96 or 98, 100) for forming half the differences between the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position for each of the two accelerometers (36, 38) as accelerometer signals for division by the acceleration of gravity.

5. Sensor arrangement according to claim 4, characterized in that

(A) the accelerometer signal of the first accelerometer (36) formed as half the difference between the stored signals, the signal of the first accelerometer (36) stored in the 0 ° position multiplied by the scale factor error DK _{x of} this accelerometer (36) and that in the 0 ° -Position stored signal of the second accelerometer (38) multiplied by a factor S _x , corresponding to the incorrect mounting angle of the first accelerometer 36) about the azimuth axis sf. are counteracted,

(b) the accelerometer signal of the second accelerometer (38) formed as half the difference between the stored signals, the signal of the second accelerometer (38) stored in the 0 ° position multiplied by the scale factor error DK _{y of} this accelerometer (38) and the in the 0 ° position stored signal of said first accelerometer (36) multiplied by a failing mounting angle of the second accelerometer (38) about the azimuth axis z ° corresponding factor _ε ν. is superimposed.

6. Sensor arrangement according to claim 3, characterized in that

(a) said difference from the mean value of the stored signals and the stored signal
(ai) the signal of the first accelerometer (36) stored in the 0 ° position, divided by the scale factor SF _{x of the} same and multiplied by a factor m representing the mass imbalance drift of the gyro, and superimposed

(82) the product of the signals of the first and second accelerometers (36, 38) stored in the 0 ° position, each divided by the associated scale factor DF _x or SFy, multiplied by twice the anisoelasticity 2/7 of the Krci-

sels representing factor is and

(b) the said half difference between the stored signals is superimposed on the signal of the second accelerometer (38) stored in the 0 ° position multiplied by a factor m representing the mass imbalance drift of the gyro

7. Sensor arrangement according to claim 1, wherein the inertial sensor is based on components of the earth's rotational speed appealing rate gyro is where

the twist axis lies in a plane perpendicular to the azimuth axis and
an input axis in this plane runs perpendicular to the twist axis,
characterized in that

(A) half the difference between the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position from the rate gyro (12) multiplied by a factor a _xy of half the difference between the in the 90 ° position and the signals stored in the 270 ° position are switched and

(b) half the difference between the signals of the rate gyro (12) stored in the 90 ° position and in the 270 ° position multiplied by the factor x _xy of half the difference between the in the 0 ° position and the signals stored in the 180 ° position are switched off.

8. Sensor arrangement according to claim 7, wherein from the differences in the 0 ° position and the 180 ° position or the signals of the rate gyro stored in the 90 ° position and the 270 ° position (12) a scale factor error of the rate gyro independent absolute value of an angle function of the azimuth angle is determined, characterized in that that in determining the absolute value of the angular function of the azimuth angle

(a) the difference between the signals stored in the 90 ° position and in the 270 ° position multiplied by a factor tx _{xy of} the difference in the 0 ° position and in the 180th position, which reflects the incorrect assembly loop of the gyro about the azimuth axis ° position is opposite to stored signals and

(b) the difference between those in the 0 ° position and in the. Signals stored in the 180 ° position are multiplied with the factor reflecting the incorrect mounting angle of the gyro about the azimuth axis λ, ν the difference in the 90 ° position and signals stored in the 270 ° position are switched in the opposite direction =

The invention relates to a sensor arrangement in eiiem Gyro device for determining north direction, holding an azimuth frame around an azimuth axis is rotatably mounted, inertial sensors arranged on the azimuth frame, a servomotor for Rotation of the azimuth frame around the azimuth axis in different positions in which the input axis of a sensor in one of two mutually perpendicular planes intersecting in the azimuth axis is located, signal processing means to which the signals of the sensor are switched and which contain means for storing the sensor signals obtained in said various positions, means for linking such signals to generate useful signals and a circuit for error compensation.

From DE-OS 27 41 274 it is known to determine the north direction with the help of a two-axis rate gyro, the spin axis of which is arranged vertically. The rate gyro contains a tap and a torque generator on each of two horizontal input axes that are perpendicular to each other. The Ausgangssigna-Ie of the taps are each connected via cross-connected via an amplifier to a seated on the respective resistors ^r · u input axis torquer The switched to the torquer signals correspond to the components of the horizontal component of the Earth's rotation. The initial value of the course angle results from the ratio of the two signals. In order to obtain this initial value correctly even if the gyroscopic spin axis, which extends in the direction of the vertical axis of the vehicle, is not exactly vertical to the surface of the earth, two accelerometers are provided which supply the vehicle's lean angle. From the signals of the accelerometer and the signals applied to the two torque generators of the rate gyro, the initial value of the course angle related to a fixed-earth coordinate system is determined in a computer.

In one version of DE-OS 27 4! 274 will be from the gyro signals that provide an estimated value for the north deviation in the case of a non-vertical spin axis, and the signals from the accelerometers in an error signal calculator on the basis of estimated values the transformation parameter error signals for the transformation parameters between a gyro-fixed and a cooid data system fixed to the earth. These error signals are time-dependent Factors weighted and switched to a correction signal computer, the correction signals for the Provides transformation parameters. The cycle runs again with the transformation parameters corrected in this way so that the true north deviation is obtained iteratively. The said factors are chosen so that that the fastest possible approximation to the true north deviation is achieved. You put in a sense Characteristic data of a control loop. The factors have no relation to systematic errors of the sensors such as scale factor errors or incorrect mounting angles. In the arrangement according to DE-OS 27 41 274 the same two-axis rate gyro is after pivoting around S0 ° with essentially horizontal gyroscopic spin axis used as course-attitude reference device, the computer taking into account the angular velocities and the signals from the accelerometer of the initial values determined during the initial alignment, the position of the vehicle and in particular continuously calculates the true course angle

The position is derived from the heading angle and the vehicle speed measured in the vehicle's longitudinal axis