DE3050615C2 - Device for determining the north direction - Google Patents
Device for determining the north directionInfo
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Description
ein selbstnordendes Kurz-Lage-Reierenzgerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch eine Anfangsausrichtung die Nordrichtung bestimmt und dann im Kursreferenzbetrieb für die Navigation laufend ein Kurswinkel abgegriffen wird. Das bekannte Kursreferenzgerät enthält einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist. Auf dem Azimutrahmen ist ein zweiachsiger Kreisel angeordnet, wobei die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimuiachse senkrechten Ebene liegt, eine erste Eingangsachse des Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse des Kreisels senkrecht zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft. Auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzen je ein erster und ein zweiter Abgriff. Ferner sitzen auf der ersten und zweiten Eingangsachse des Kreisels je ein erster bzw. zweiter Drehmomenterzeuger. Der auf der zweiten Eingangsachse angeordnete zweite Abgriff ist auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet, der auf der ersten Eingangsachse des Kreisels sitzt. Das auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltete Signal für die Anfangsausrichtung ist gleichzeitig auf nordrichtungsbestimmende Mittel aufgeschaltet. Der Azimutrahmen ist durch einen Stellmotor um die Azimutachse verdrehbar. Ferner ist auf der Azimutachse ein Winkelstellungsgeber angeordnet.a self-northing short-position reierenzgerät known, in which the north direction is also determined by an initial alignment and then in course reference mode a course angle is continuously tapped for navigation. The well-known course reference device contains an azimuth frame which is mounted rotatably about an azimuth axis. On the azimuth frame is a biaxial one Arranged gyro, the spin axis of the gyro in a plane perpendicular to the azimuth axis lies, a first input axis of the gyro parallel to the azimuth axis and the second input axis of the gyro runs perpendicular to the twist axis and the first input axis. On the first or second input axis of the There is a first and a second tap each at the top. Furthermore, sit on the first and second input axis of the Gyro a first and a second torque generator. The second one arranged on the second input axis The tap is connected to the first torque generator, which is located on the first input axis of the gyro. The initial alignment signal switched to the first torque generator is on at the same time Means determining north direction switched on. The azimuth frame is around the azimuth axis by a servomotor rotatable. Furthermore, an angular position sensor is arranged on the azimuth axis.
Bei dem bekannten selbstnordenden Kurs-Lage-Referenzgerät ist der Azimutrahmen in einem Rollrahmen um die im wesentlichen vertikale Azimutachse verdrehbar gelagert, und der Rollrahmen ist seinerseits um die Fahrzeuglängsachse schwenkbar gelagert. Der zweiachsige Kreisel ist ein zweiachsiger Wendekreisel. Es ist nicht nur der zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet sondern ähnlich wie bei der DE-OS 27 41 274, auch der auf der ersten Eingangsachse sitzende erste Abgriff auf den auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzenden zweiten Drehmomenterzeuger. Schließlich sitzt auf dem Azimutrahmen noch ein Beschleunigungsmesser, dessen Eingangsachse parallel zur Drallachse des Kreisels liegt.In the known self-aligning course / position reference device, the azimuth frame is in a roll frame mounted rotatably about the essentially vertical azimuth axis, and the rolling frame is in turn around the Vehicle longitudinal axis pivotably mounted. The two-axis gyro is a two-axis turning gyro. It is not only the second tap is switched to the first torque generator but similar to the DE-OS 27 41 274, also the first tap located on the first input axis to the one on the second input axis of the gyro seated second torque generator. Finally still sits on the azimuth frame an accelerometer whose input axis is parallel to the spin axis of the gyroscope.
Der Azimutrahmen ist mit dem Rollrahmen in einer ersten Betriebsweise »Nordung« oder »Anfangsausrichtung« so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse in einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene liegt. In einer zweiten Betriebsweise »Kurs-Lage-Referenz« ist der Azimutrahmen mit dem Rollrahmen so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse parallel zur Fahrzeughochachse ist.The azimuth frame is with the roll frame in a first operating mode "northing" or "initial alignment" so orientable about the vehicle longitudinal axis that the azimuth axis in a through the vehicle longitudinal axis going vertical plane. The azimuth frame is included in a second operating mode, "course-position reference" the roll frame can be aligned around the longitudinal axis of the vehicle so that the azimuth axis is parallel to the vertical axis of the vehicle is.
Der Azimutrahmen ist gegenüber dem Rollrahmen durch den Azimut-Stellmotor um die Azimutachse wahlweise in eine O°-Stellung, in welcher die Drallachse parallel zur Fahrzeuglängsachse ist, oder in eine dazu um 90° winkelversetzte 90c-Stellung verdrehbar.The azimuth frame can be rotated with respect to the roll frame by the azimuth servomotor around the azimuth axis, either in a 0 ° position in which the twist axis is parallel to the longitudinal axis of the vehicle, or in a 90 c position offset by 90 °.
In der ersten Betriebsweise »Nordung« liefert der Rechner aus den in den beiden Stellungen des Azimutrahmens gemessenen und gespeicherten, die Drehgeschwindigkeit um die zweite Eingangsachse wiedergebenden Signalen des Wendekreisels und den ebenfalls in diesen Stellungen gemessenen und gespeicherten Beschleunigungssignalen des Beschleunigungsmessers die anfängliche Abweichung einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene von der Meridianebene (anfängliche Nordabweichung).In the first "northing" mode, the computer delivers from the two positions of the azimuth frame measured and stored, reproducing the rotational speed around the second input axis Signals from the rate gyro and the acceleration signals also measured and stored in these positions of the accelerometer the initial deviation of a through the vehicle longitudinal axis vertical plane going from the meridian plane (initial north deviation).
In der zweiten Betriebsweise »Kurs-Lage-Referenz« beim Eindrehen des Azimutrahmens in die 90°-Stellung liefen der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeitssignalen des Wendekreisels ein den wahren Kurs des Fahrzeugs wiedergebendes Signal.In the second mode of operation, »Course-Position-Reference«, when turning the azimuth frame into the 90 ° position If the computer ran the angular velocity signals from the rate gyro the true course of the Vehicle reproducing signal.
Auch bei dieser bekannten Anordnung wird wie bei der DE-OS 27 41 274 sowohl die Nordrichtung bei der Anfangsausrichtung als auch der Kurswinkel in der Betriebsweise »Kurs-Lage-Referenz« durch einen Rechner aus den beiden Signalen des zweiachsigen Wendekreisels sowie Beschleunigungsmessersignalen berechnet. Der Rechner enthält dabei Mittel zur Speicherung der Signale des Wendekreisels in der (("-Stellung und der 90°-Stellung sowie Mittel zur Korrektur der gespeicherten Signale durch Lotfühlermittel, Mittel zur Division der in der (!"-Stellung und der 90°-Stellung gespeicherten, korrigierten Signale durch die Horizontalkomponente Q1.= Ωε cos Φ der Erddrehgeschwindigkeit und Mittel zur Bildung des Sinus und Kosinus des wahren Azimutwinkels aus den so erhaltenen Signalen.In this known arrangement, as in DE-OS 27 41 274, both the north direction in the initial alignment and the course angle in the "course-position reference" mode of operation are calculated by a computer from the two signals of the two-axis rate gyro and accelerometer signals. The computer contains means for storing the signals from the rate gyro in the ("position and the 90 ° position as well as means for correcting the stored signals by means of plumb sensors, means for dividing the signals in the (!" Position and the 90 ° position) Position stored, corrected signals by the horizontal component Q 1. = Ω ε cos Φ of the earth's rotation speed and means for forming the sine and cosine of the true azimuth angle from the signals obtained in this way.
Der Vorteil der Anordnung nach der DE-OS 29 22 412 liegt darin, daß bei günstigem mechanischen Aufwand eine erhebliche Vereinfachung der Signalverarbeitung gegenüber der Anordnung nach der DE-OS 27 41 274 erreicht wird.The advantage of the arrangement according to DE-OS 29 22 412 is that with a favorable mechanical effort a considerable simplification of the signal processing compared to the arrangement according to DE-OS 27 41 274 is achieved.
In die auf diese Weise erhaltenen Signale für den Sinus oder Kosinus des wahren Azimutwinkels geht der Skalenfaktor des Wendekreisels und damit auch der Skalenfaktorfehler ein. Dieser Skalenfaktorf'ehler müßte zur Erziehung maximaler Nordungsgenauigkeit bestimmt und rechnerisch berücksichtigt werden.The scale factor goes into the signals for the sine or cosine of the true azimuth angle obtained in this way of the rate gyro and thus also the scale factor error a. This scale factor error would have to be determined in order to achieve maximum northing accuracy and are taken into account arithmetically.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Vorrichtung der eingangs definierten Art den Azimutwinkel auf eine von dem Skalenfaktorf'ehler unabhängige Welse zu bestimmen.The invention is based on the object of determining the azimuth angle with a device of the type defined at the outset to determine a catfish independent of the scale factor error.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daßAccording to the invention this object is achieved in that
(a) der Azimutrahmen in einem weiteren Schaltzustand der Steuereinrichtung durch den Stellmotor in eine 270°-Stellung verdrehbar ist,(A) the azimuth frame in a further switching state of the control device by the servomotor in a 270 ° position can be rotated,
(b) die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin(b) the signal processing means for determining the north direction continue
(b,) Mittel enthalten zur Speicherung der in der 270°-Stellung gespeicherten Signale,(b,) contain means for storing the signals stored in the 270 ° position,
Ib2) Mittel zur Bildung der halben Differenz der bei der 9O°-Stellung und der 270°-Stellung gespeicherten Signale,Ib 2 ) Means for forming half the difference between the signals stored at the 90 ° position and the 270 ° position,
(b3) Mitte! zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente ßr= Ωε cos Φ der Erddrehung zur Bildung des Kosinus des Azimutwinkels,(b 3 ) middle! to divide the resulting signal by the horizontal component ß r = Ω ε cos Φ of the earth's rotation to form the cosine of the azimuth angle,
Ib4) Mittel zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels nach Nord aus den durch die Divisionen ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaltenen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Winkeis,Ib 4 ) Means for determining the quadrant of the azimuth angle to the north from the values of the negative sine and cosine of this angle obtained through the divisions without precise knowledge of a scale factor error,
(b5) Mittel zur vom Skalenl'aktor unabhängigen(b 5 ) Means to be independent of the scale factor
Bestimmung des Absolutwertes einer Winkelfunktion des Azimutwinkels nach Nord, aus den Differenzen der in der O°-Stellung und derDetermination of the absolute value of an angle function of the azimuth angle to the north the differences between the in the O ° position and the
180°-Stellung bzw. der in der 90°-Stellung und der 270°-Stellung gespeicherten Signale,180 ° position or the one in the 90 ° position and the signals stored in the 270 ° position,
(b6) Mittel zur Bestimmung eines zugehörigen Win-(b 6 ) Means for determining an associated win-
kelwerts kleiner als 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion undkelwerts less than 90 ° from the absolute value of the angle function and
(b7) Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus dem besagten Winkel wert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten. (b 7 ) Means for determining the azimuth angle to the north from said angle value and the quadrant determined from sine and cosine.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Refinements of the invention are the subject of the subclaims.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nächste- Stellung, in welcher die Kreiseldrallachse zK parallel zuOne embodiment of the invention is the next position in which the centrifugal spin axis z K is parallel to
hend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnun- einer gerätefesten Achse xG Ist, in eine 90°-Stellung, inWith reference to the associated drawings, an axis x G is fixed to the device, in a 90 ° position, in
gen näher erläutert: eine 180°-Stellung oder in eine 270°-Stellung verdrehbargen explained in more detail: a 180 ° position or rotatable into a 270 ° position
Fig. 1 ist eine schematisch-pcrspektivische Darstel- ist.1 is a schematic perspective illustration.
lung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrich- 5 Bei der Ausführungsform nach Flg. 1 wird vorausge-development of a device for determining the north direction 5 In the embodiment according to Flg. 1 is preceded
tung. setzt, daß der Azimutrahmen 10 mit der Azimutachse zc tion. sets that the azimuth frame 10 with the azimuth axis z c
Fig. 2 zeigt die Mittel für eine Grobbestimmung der für die Vorausrichtung genau vertikal ausgerichtet istFig. 2 shows the means for a rough determination of which is precisely vertically aligned for the pre-alignment
Winkelfunktionen des Azimutwinkels nach Nord. oder jedenfalls die Abweichungen von der VertikalenTrigonometric functions of the azimuth angle to the north. or at least the deviations from the vertical
Fig. 3 zeigt die Bestimmung des genauen Wertes des vernachlässigbar sind.Fig. 3 shows the determination of the exact value of the negligible.
Azimutwinkels sowie die Bestimmung des Kurswinkels. 10 Die Signalverarbeitungsmittel enthalten ähnlich wieAzimuth angle as well as the determination of the course angle. 10 The signal processing means contain similar to
Fig. 4 gibt eine Übersicht über den Ablauf des Nor- bei der Anordnung nach DE-OS 29 22 412 Mittel 44, 46,Fig. 4 gives an overview of the sequence of the nor- in the arrangement according to DE-OS 29 22 412 means 44, 46,
dungsvorganges. ' 48 zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeugerapplication process. '48 for storing the first torque generator
Fig. 5 Ist eine Abwandlung der MIttel für die Grob- 16 zugeführten Signale -T21 o,-T21 «, und T21 180 in derFig. 5 is a modification of the means for the rough 16 supplied signals -T 2 1 o , -T 2 1 «, and T 2 1 180 in the
bestimmung der Winkelfunktionen und zeigt die Berück- O°-Stellung, der 90°-Stellung bzw. der 180°-Stellung. DieDetermination of the angle functions and shows the O ° position, the 90 ° position or the 180 ° position. the
sichtigung des Fehlmontagewinkels des Kreisels. 15 Signalverarbeitungsmittel enthalten weiterhin Mittel 50,inspection of the incorrect mounting bracket of the gyro. 15 signal processing means also contain means 50,
Fig. 6 ist eine Abwandlung der Mittel für die Bestirn- 52 zur Bildung der halben Differenz der bei der O°-Stel-Fig. 6 is a modification of the means for determining 52 for forming half the difference between the
mung des genauen Wertes des Azimutwinkels und zeigt lung und bei der 180°-Stellung gespeicherten Signale,Calculation of the exact value of the azimuth angle and shows the values and signals stored in the 180 ° position,
die Berücksichtigung des Fehlmontagewinkels des Krei- sowie Mittel 54 zur Division des dabei erhaltenen Signalsthe consideration of the incorrect mounting angle of the circular and means 54 for dividing the signal obtained thereby
sels. durch die Horizontalkomponente ΩΓ = ΩΕ cos Φ der Erd-sels. by the horizontal component Ω Γ = Ω Ε cos Φ of the earth
Das selbstnordende Kurs-Lage-Referenzgerät von 20 drehgeschwindigkeit.The self-aligning course-attitude reference device of 20 turning speed.
Fig. 1 enthält einen Azimutrahmen 10, der um eine AzI- Die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung derFig. 1 contains an azimuth frame 10, which is around an AzI The signal processing means for determining the
mutachse zc verdrehbar ist. Der Azimutrahmen definiert Nordrichtung enthalten zusätzlich zu den Speichern zurmutaxis z c is rotatable. The azimuth frame defines north direction in addition to the memory for
ein Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen x*7. Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 ina coordinate system with the coordinate axes x * 7 . Storage of the first torque generator 16 in
ycund zc. Auf dem Azimutrahmen 10 ist ein Kreisel 12 der O°-Stellung, der 90°-Stellung und der 180°-Stellungy c and z c . On the azimuth frame 10 is a gyro 12 of the 0 ° position, the 90 ° position and the 180 ° position
angeordnet, dessen Drall H parallel zur Achse xc ver- 2s zugeführten Signale weiterhin einen Speicher 114 zurarranged, whose twist H parallel to the axis x c ver 2s supplied signals furthermore a memory 114 for
läuft. Der Kreisel definiert ein Koordinatensystem mit Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 inruns. The gyro defines a coordinate system with storage of the first torque generator 16 in
der Drallachse zK, einer zur Azimutachse zc parallelen der 270°-Stellung zugeführten Signale. Ebenso enthaltenthe twist axis z K , one of the signals supplied to the azimuth axis z c parallel to the 270 ° position. Also included
ersten Eingangsachse yK und einer zweiten Eingangs- die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung derfirst input axis y K and a second input the signal processing means for determining the
achse **, die senkrecht zur Drallachse zK und der ersten Nordrichtung weiterhin Mittel 116, 118 zur Bildung deraxis **, which is perpendicular to the twist axis z K and the first north direction continues to means 116, 118 for forming the
Eingangsachse yK verläuft. Der Azimutrahmen 10 mit 30 halben Differenz der bei der 90°-Stellung und der 270°-Input axis y K runs. The azimuth frame 10 with 30 half the difference between the 90 ° position and the 270 ° -
seinem Koordinatensystem χ°, yc und zc ist um die AzI- Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeichertenits coordinate system χ °, y c and z c is stored around the AzI position in the memories 46 and 114, respectively
mutachse zc verdrehbar gegenüber einem gehäusefesten Signale.Mutachse z c rotatable with respect to a housing-mounted signals.
Koordinatensystem x°, yG und zc, wobei die Koordinate- Die Division der halben Differenz der In der O°-Stel-Coordinate system x °, y G and z c , where the coordinate- The division of half the difference of the In the O ° position-
nachse zG parallel zu der Koordinatenachse zc ist und in lung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signaleaccording to z G is parallel to the coordinate axis z c and signals stored in ment and in the 180 ° position
der dargestellten (»"-Stellung die Koordinatenachsen xG 35 durch die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwin-the illustrated (»" position the coordinate axes x G 35 through the horizontal component of the earth's rotational speed
und yG parallel zu den Koordinatenachsen xc und yc des digkelt liefert ein Signal, welches den negativen Sinusand y G parallel to the coordinate axes x c and y c of the digkelt provides a signal which is the negative sine
Azimutrahmens 10 sind. Der Drehwinkel des Azimut- des Azimutwinkels - sin ψ darstellt,Azimuth frame 10 are. The angle of rotation of the azimuth angle represents the azimuth angle - sin ψ ,
rahmens 10 um die Azimutachse zc aus der dargestellten In analoger Weise sind bei der Ausführung nachframe 10 about the azimuth axis z c from the illustrated In an analogous manner are in the execution according to
0°-Stellung heraus ist mit X1 bezeichnet. Vorzugsweise Ist Fig. 2 Mittel 120 zur Division der halben Differenz derThe 0 ° position is denoted by X 1. Preferably, Fig. 2 is means 120 for dividing half the difference of the
das gehäusefeste Koordinatensystem parallel zu einem 40 in den Speichern 46, 114 gespeicherten Signale durch diethe housing-fixed coordinate system parallel to a 40 in d s memories 46, 114 stored signals by the
fahrzeugfesten Koordinatensystem mit den Koordinate- Horizontalkomponente ßf=ßfcos Φ der Erddrehungvehicle-fixed coordinate system with the coordinate-horizontal component ß f = ß f cos Φ of the earth's rotation
nachsen Fahrzeugiängsachse xr, Fahrzeugquerachse yF vorgesehen. Diese Division ergibt einen Wert für denoutward vehicle longitudinal axis x r , vehicle transverse axis y F provided. This division gives a value for the
und Fahrzeughochachse zF angeordnet. negativen Kosinus des Azimutwinkels - cos ψ. and vehicle vertical axis z F arranged. negative cosine of the azimuth angle - cos ψ.
Auf der ersten Eingangsachse yK des Kreisels 12 sitzen Die so erhaltenen Werte für - sin ψ und - cos ψ ergeein erster Abgriff 14 und ein erster Drehmomenterzeuger « (,en sich ohne genaue Kenntnis des Skalenfaktorfehlers. 16. Auf der zweiten Eingangsachse xK des Kreisels 12 sit- Sie können durch einen Skalenfaktorfehler mit einer zen ein zweiter Abgriff 18 und ein zweiter Drehmomen- Ungenauigkeit behaftet sein. Die gestatten jedoch die terzeuger 20. Der auf der ersten Eingangsachse yK ange- Bestimmung des Quadranten, in welchem der Azimutordnete erste Abgriff 14 ist über einen Verstärker 22 auf winkel nach Nord liegt. Dementsprechend sind Mittel den zweiten Drehmomenterzeuger 20 geschaltet, der auf 5° zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels der zweiten Eingangsachse xK des Kreisels 12 sitzt. Der nach Nord aus den durch die Divisionen bei 54 und 120 auf der zweiten Eingangsachse xK angeordnete zweite ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaite-Abgriff 18 ist über einen Verstärker 24 auf den ersten nen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Drehmomenterzeuger 16 geschaltet, der auf der ersten Winkels vorgesehen.The values thus obtained for - sin ψ and - cos ψ are located on the first input axis y K of the gyroscope 12 and result in a first tap 14 and a first torque generator «(, without precise knowledge of the scale factor error. 16. On the second input axis x K des Gyroscope 12 sit- They can be affected by a scale factor error with a zen, a second tap 18 and a second torque inaccuracy. However, these allow the generators 20. The on the first input axis y K is located - Determination of the quadrant in which the azimuth-ordered first Tap 14 is located at angle to north via an amplifier 22. Means are accordingly connected to the second torque generator 20, which is located at 5 ° for determining the quadrant of the azimuth angle of the second input axis x K of the gyro 12. The north from the through the divisions at 54 and 120 on the second input axis x K , the second tap 18 obtained without precise knowledge of a scale factor error is over an amplifier 24 connected to the first nen values of the negative sine and cosine of this torque generator 16, which is provided on the first angle.
Eingangsachse >>* des Kreisels 12 sitzt. Auf diese Weise 55 Es sind weiterhin Mittel zur vom Skalenfaktor unab-Input axis >> * of the gyro 12 is seated. In this way 55 There are still means of
ist der Kreisel um seine Eingangsachsen elektrisch an hängigen Bestimmung des Absolutswerts einer Winkel-is the gyro about its input axes electrically dependent on the determination of the absolute value of an angular
seln Gehäuse gefesselt. Es handelt sich um einen zwei- funktion des Azimutwinkels nach Nord vorgesehen,seln housing tied up. It is a two-function of the azimuth angle to the north,
achsigen Wendekreisel. Das dem Drehmomenterzeuger Diese Mittel sind in Fig. 3 dargestellt und werden untenaxial rate gyro. The torque generator means are illustrated in Figure 3 and are described below
16 zugeführte Signal Tl wird über ein Filter 26 abgegrif- im einzelnen beschrieben. Es sind weiterhin Mittel zur16 supplied signal T1 is tapped via a filter 26 described in detail. There are still funds for
fen und in noch zu beschreibender Weise den Signalve- ω Bestimmung eines zugehörigen Winkelwerts kleiner alsfen and, in a manner to be described below, the signal curve ω determination of an associated angle value smaller than
rarbeitungsmitteln zugeführt. 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und Mittelprocessing means supplied. 90 ° from the absolute value of the angle function and mean
Auf der Azimutachse zc sitzt ein Stellmotor 30 zum zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus demA servomotor 30 is seated on the azimuth axis z c to determine the azimuth angle to the north from the
Verdrehen des Azimutrahmens 10 um die Azimutachse besagten Winkelwert und dem aus Sinus und KosinusRotation of the azimuth frame 10 about the azimuth axis said angular value and that of the sine and cosine
zc. Auf der Azimutachse ζ° ist weiterhin ein Winkelstel- bestimmten Quadranten vorgesehen, z c . On the azimuth axis ζ ° an angular position-specific quadrant is also provided,
lungsgeber 32 angeordnet. Eine umschaltbare Steuerein- 65 Die beschriebene Ausführungsform geht von derLungsgeber 32 arranged. A switchable control input 65 The embodiment described is based on the
richtung 34 ist von dem Signal des Wlnkelstellungsge- Erkenntnis aus, daß es einerseits möglich ist, aus dendirection 34 is based on the signal of the angle position recognition that it is possible on the one hand to use the
bers 32 beaufschlagt und steuert den Stellmotor so, daß durch einen Skalenfaktorfehler beeinflußten Winkelfunk-bers 32 is applied and controls the servomotor in such a way that angular radio frequency influenced by a scale factor error
der Azimutrahmen 10 wahlweise In die dargestellte 0°- tionen des Azimutwinkels dessen Quadranten festzustel-the azimuth frame 10 optionally in the shown 0 ° - positions of the azimuth angle its quadrant to be determined-
len, und daß es andererseits möglich Ist, eine von einem Skalenfaktorfehler unbeeinflußte Winkelfunktion des Azimutwinkels zu bilden, die denn allerdings In bezug auf den Azimutwinkel selbst mehrdeutig Ist. Aus dem aul dem einen Wege ermittelten Quadranten und der auf dem anderen Wege ermittelten Winkelfunktion, z. B. dem Absolutwert des Sinus, kann dann der tatsächliche Wert des Azimutwinkels ermittelt werden. Dementsprechend enthalten die Slgnalverarbeitungslen, and that on the other hand it is possible to be one of a Scale factor error to form unaffected angle function of the azimuth angle, which, however, in relation to is ambiguous on the azimuth angle itself. From the quadrant determined aul the one way and the on the other way determined angle function, z. B. the absolute value of the sine, then the actual The value of the azimuth angle can be determined. Accordingly, they contain signal processing
Quadrantquadrant
IIII
IIIIII
IVIV
AzimutwinkelAzimuth angle
^= 180°-I v/1^ = 180 ° -I v / 1
v=180°+l vlv = 180 ° + l vl
ν = 360° -I ψ |
Die vorerwähnten Mittel zur Bestimmung von (1 +DSF,) sind, wie in Flg. 3 dargestellt Ist, von Mitteln
148 zur Division der besagten Wurzel der Quadratsumme durch die doppelte Horizontalkomponente 2 Ω,. der Erdν = 360 ° -I ψ |
The aforementioned means for determining (1 + DSF,) are, as in Flg. 3, of means 148 for dividing said root of the sum of squares by the double horizontal component 2 Ω,. the earth
mittel weiterhin MIttel zur Bestimmung des Azlmutwln- io drehung gebildet, welche einen aktuellen Wert für kels nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem (1 + DSFx) an dem Ausgang 126 liefern. Mit diesem aktuellen Wert werden die Mittel 122 und 124 zur Multiplikation beaufschlagt.means also means means for determining the Azlmutwln- io rotation, which deliver a current value for kels to north from said angle value and the (1 + DSF x ) at output 126 . This current value is applied to the means 122 and 124 for multiplication.
Die beschriebene Anordnung gestattet eine genaueThe arrangement described allows an accurate
nerisch berücksichtigt zu werden, bine weitere Bedingung der bisher beschriebenen Anordnung Ist die, daß der Fehlmontagewinkel α des Kreisels 12 um die Azi-nerically to be taken into account, a further condition of the arrangement described so far is that the incorrect mounting angle α of the gyro 12 by the azimuth
aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.quadrants determined from sine and cosine.
Im einzelnen Ist diese Ausführungsform folgendermaßen aufgebaut:In detail, this embodiment is as follows built up:
Wie aus Flg. 2 ersichtlich Ist, sind Mittel 122 bzw. 124 15 Messung, die nicht durch Skalenfaktorfehler beeinträchvorgesehen
zur Division der besagten halben Differenzen tigt 1st. Es brauchen also keine Skalenfaktorfehler rechdurch
(1 +DSFx) vor der Division durch die Horizontalkomponente
Ωο der Erddrehung, wobei DSFx ein angenommener
Skalenfaktorfehler 1st. Für den ersten
Rechengang kann beispielsweise DSFx = O angenommen 20 mutachse zc vernachlässigbar klein gemacht wird. Wenn
werden, oder man kann einen geschätzten oder nähe- dies nicht möglich ist oder einen unerwünscht hohen
rungsweise bekannten Wert einsetzen. Die Anordnung Aufwand darstellt, kann der Fehlmontagewinkel gemäß
von Fig. 3 enthält außer den Mitteln zur Bestimmung Fig. 5 und 6 rechnerisch berücksichtigt werden, vorausdes
Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwln- gesetzt, daß er einmal bestimmt und Im Rechner abgekels
auch Mittel zur Bestimmung von (1 + DSFx) aus den 25 speichert worden Ist. Das Ist möglich, da der Fehlmontain
den Speichern 44, 48, 46, 114 gespeicherten Signalen, gewlnkel sich im Laufe der Zelt praktisch nicht ändert,
die unten noch näher beschrieben werden. Ein Signal Flg. 5 entspricht im wesentlichen der Anordnung vonAs from Flg. 2 As can be seen, means 122 and 124 are 15 measurements that are not impaired by scale factor errors . So there is no need for any scale factor errors arithmetically (1 + DSF x ) before dividing by the horizontal component Ω ο of the earth's rotation, where DSF x is an assumed scale factor error. For the first
Calculation process can, for example, assume DSF x = O 20 assumed axis z c is made negligibly small. If will, or you can use an estimated or approximate- this is not possible or an undesirably high approximately known value. The arrangement represents effort, the incorrect mounting angle according to FIG. 3 contains, in addition to the means for determining FIGS (1 + DSF x ) from the 25 has been saved. This is possible because the incorrect assembly of the signals stored in the memories 44, 48, 46, 114 practically does not change in the course of the tent, which will be described in more detail below. A signal Flg. 5 corresponds essentially to the arrangement of
(1 + DSFx) erscheint an einem Ausgang 126. Es sind Mit- Fig. 2, und Fig. 6 entspricht im wesentlichen der
tel 128, 130 vorgesehen zur Eingabe des so ermittelten Anordnung von Fig. 3, und entsprechende Teile sind
neuen Wertes für (1 +DSFx) in die besagten Mittel 122 30 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
bzw. 124 zur Multiplikation. Gemäß Fig. 5 ist die halbe Differenz der in der 0°-(1 + DSF x ) appears at an output 126. Mit- Fig. 2 and Fig. 6 essentially correspond to tel 128, 130 provided for inputting the arrangement of Fig. 3 thus determined, and corresponding parts are new values for (1 + DSF x ) in said means 122 30 are each provided with the same reference numerals,
or 124 for multiplication. According to Fig. 5, half the difference in the 0 ° -
Die Mittel zur Bestimmung des Absolutwertes einer Stellung und in der 180°-Stellung In den Speichern 44 Winkelfunktion des Azimutwinkels sind in Fig. 3 darge- bzw. 48 gespeicherten Signale multipliziert mit einem stellt. Sie enthalten Mittel 132 zum Bilden der Differenz den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutder in der 0°-Stellung und In der 180°-SteIlung in den 35 achse zc wiedergebenden Faktor a^ wie durch den Block Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale, Mittel 134 150 und den Summierpunkt 152 dargestellt, der halben zum Quadrieren dieser Differenz Mittel 136 zum Bilden Differenz der in der 90°-Stellung und In der 270°-Stelder Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°- ' lung In den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale Stellung In den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten entgegengeschaltet. Ebenso ist die halbe Differenz der In Signale, Mittel 138 zum Quadrieren dieser Differenz und 40 der 90°-Stellung und In der 270°-Stellung in den Spei-Mittel 140 zum Addieren der so erhaltenen Quadrate. Es ehern 46 und 114 gespeicherten Signale multipliziert mit sind Mittel 142 zum Ziehen der Wurzel der erhaltenen dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die die Quadratsumme vorgesehen sowie Mittel 144 zur Bildung Azimutachse zc wiedergebenden Faktor a„, wie durch des Quotienten der von den Mitteln 132 gelieferten erste- den Block 154 und den Summierpunkt 156 dargestellt Ist, ren Differenz und der Wurzel der Quadratsumme, 45 der halben Differenz der in der O°-Stellung und in der wodurch ein dem Absolutwert des Sinus des Azimutwln- 180°-Stellung In den Speichern 144, 148 gespeichertenThe means for determining the absolute value of a position and in the 180 ° position. In the memories 44, the angle functions of the azimuth angle are shown in FIG. 3 and 48 stored signals are multiplied by one. They contain means 132 for forming the difference between the incorrect mounting angle of the gyro 12 around the azimuth of the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position in the factor a ^ which is reproduced by the axis z c as by the block stores 44 and 48, respectively , Means 134 150 and the summing point 152 shown, half of it for squaring this difference means 136 for forming the difference between the 90 ° position and the 270 ° position difference between the 90 ° position and the 270 ° - ' signals stored in the memories 46 and 114 position in the memories 46 and 114 stored in the opposite direction. Likewise, half the difference between the In signals, means 138 for squaring this difference and 40 of the 90 ° position and In the 270 ° position is in the storage means 140 for adding the squares obtained in this way. There are 46 and 114 stored signals multiplied by means 142 for extracting the root of the obtained the incorrect mounting angle of the gyro 12 by the sum of the square and means 144 for forming the azimuth axis z c reproducing factor a ", as by the quotient of the means 132 is shown the first block 154 and the summing point 156 , ren difference and the square root of the sum of squares, 45 of half the difference in the 0 ° position and in which the absolute value of the sine of the azimuth 180 ° position In the memories 144, 148 stored
Signale entgegengeschaltet.Signals switched in the opposite direction.
In ähnlicher Weise ist in Flg. 6 bei der Bestimmung des Absolutwerts der Winkelfunktion des Azimutwinkeis 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 Fehlmontagewlnkel des Kreisels 12 um die Azimutachse zc wiedergebenden Faktor a^ wie durch den Block 158 und Summierpunkt 160 angedeutet Ist, der bei 132 gebildeten Differenz der in der 0°-Stellung und in der 180°-SteIIung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale entgegengeschaltet. Die bei 132 gebildete Differenz der in der O°-Stellung und in der 180°-StelIung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale ist multipliziert mit dem den Fehimontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutachse zc wiedergebenden Faktor Otx^ wie durch den Block 162 und Summierpunkt 164 angedeutet Ist, der Differenz der in der 90°-Stellung und in der 270°-Stellung in denSimilarly, in Flg. 6, 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 z c reproducing factor a ^ as indicated by the block 158 and summing point 160, the difference formed at 132 of the signals stored in the 0 ° position and in the 180 ° position in the memories 44 and 48 is switched. 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 multiplied by the factor Ot x ^ which reproduces the misalignment angle of the gyro 12 about the azimuth axis z c as indicated by the block 162 and summing point 164 is indicated, the difference in the 90 ° position and in the 270 ° position in the
Mit dem so bestimmten Quadranten und dem gemäß 65 Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signale entgegenge-F i g. 3 erhaltenen Wert von | vl ergibt sich der tatsächll- schaltet.With the quadrant determined in this way and the signals stored in accordance with 65 memories 46 and 114 respectively, counter-F i g. 3 obtained value of | vl results in the actual switch.
ehe Winkel ν unbeeinflußt von Skalenfaktorfehlern nach ρ ig. 4 zeigt übersichtlich den Ablauf des Nordungs-before angle ν unaffected by scale factor errors according to ρ ig. 4 clearly shows the sequence of the northing
' folgender Beziehung Vorgangs.'following relationship operation.
kels nach Nord I sin ψ | darstellendes Signal erhalten wird. Die Mittel zur Bestimmung des zugehörigen Winkelwerts sind von Mitteln 146 zur Erzeugung der Arcusslnusfunktion gebildet.kels to north I sin ψ | signal representing is obtained. The means for determining the associated angular value are formed by means 146 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
Claims (9)
einen auf Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit ansprechenden und entsprechende Signale liefernden Wendekreisel, der auf dem Azimutrahmen angeordnet ist, wobeiΙ. Device for determining the north direction, containing an azimuth frame which is mounted so as to be rotatable about an azimuth axis,
a rate gyro which is responsive to components of the earth's rotational speed and provides corresponding signals and which is arranged on the azimuth frame, wherein
eine Eingangsachse des Wendekreisels in dieser Ebene senkrecht zu der Drallachse -.erläuft,the spin axis of the rate gyro lies in a plane perpendicular to the azimuth axis and
an input axis of the rate gyro runs in this plane perpendicular to the spin axis,
eine Quadrantenlogik, welcher die den Sinus und den Kosinus darstellenden Signale zugeführt werden zur Bestimmung des Quadranten des wahren Azimutwinkels,Means for generating a signal representing the cosine of the true azimuth angle and
a quadrant logic to which the signals representing the sine and cosine are fed to determine the quadrant of the true azimuth angle,
cos V < 0
cos ψ < 0
cos ψ > 0cos ψ> 0
cos V <0
cos ψ <0
cos ψ > 0
Es Ist ein Gerät zur Nevigation von LandfahrzeugenThe invention relates to a device for determining the north direction containing an azimuth frame which is mounted rotatably about an azimuth axis, a rate gyro which responds to components of the earth's rotational speed and delivers corresponding signals, which is arranged on the azimuth frame, the spin axis of the rate gyro in one to the azimuth axis vertical plane and an input axis of the rate gyro runs perpendicular to the spin axis in this plane, a servomotor for rotating the azimuth frame around the azimuth axis, a control device through which the servomotor for optional turning in a first position (0 ° position) and a on the other hand, a second position offset by 90 ° ^ "- position) and a third position offset by 180 ° compared to the O ° position is controllable, signal processing means for determining the north direction, to which the signals of the rate gyro are switched and which contain means for storage the Si signals of the rate gyro in the 0 ° position, the 90 ° position and the 180 ° position, means for forming half the difference between the signals stored in the 0 ° position and in the 190 ° position, means for dividing half the difference by the horizontal component Q c = ß E cos Φ of the earth's rotation speed for generating a signal representing the sine of the true azimuth angle, means for generating a signal representing the cosine of the true azimuth angle and a quadrant logic to which the signals representing the sine and cosine are fed to Determination of the quadrant of the true azimuth angle.
It is a device for navigating land vehicles
Durch die DE-OS 27 41 274 ist es bekannt, die Nordrichtung statt mittels eines bandaufgehängten Kreisels mit horizontaler Drallachse mit Hilfe eines zweiachsigen Wendekreisel*: zu bestimmen, dessen Drallachse vertikal angeordnet ist. Der Wendekreisel enthält auf zwei zueinander senkrechten horizontalen Eingangsachsen je einenι »known (DE-OS 25 45 025), in which the angle between the gyroscopic axis and the north direction is determined by means of a tape-suspended meridian gyro, the directional moment of which is compensated by a counter-moment. A free gyro, which serves as a course reference device for navigating the vehicle, is aligned with the north direction determined in this way. Such a self-aligning course reference device works with two steps: Before starting the journey, the north direction is determined. The course reference device is initially aligned in this north direction. The course reference device then continuously supplies the course of the vehicle in relation to this north direction in course reference mode.
From DE-OS 27 41 274 it is known to determine the north direction with the help of a biaxial rate gyro *: instead of by means of a tape-suspended gyro with a horizontal twist axis, the twist axis of which is arranged vertically. The rate gyro contains one on each of two horizontal input axes that are perpendicular to one another
Durch die nicht vorveröffentlichte DE-OS 29 22 412 lsiThe known arrangements described provide the vehicle position with high accuracy. However, they are too expensive for many applications, while on the other hand there are applications in which the requirements for the accuracy of the navigation are lower, but a less complex course reference device is required.
By the unpublished DE-OS 29 22 412 lsi
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803050615 DE3050615C2 (en) | 1980-07-29 | 1980-07-29 | Device for determining the north direction |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19803028649 DE3028649C2 (en) | 1980-07-29 | 1980-07-29 | Device for determining the north direction |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3050615C2 true DE3050615C2 (en) | 1984-04-26 |
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ID=25786921
Family Applications (1)
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DE19803050615 Expired DE3050615C2 (en) | 1980-07-29 | 1980-07-29 | Device for determining the north direction |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3050615C2 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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AC | Divided out of |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: FIG.4 BEZUGNAHME AUF FIG."8" DURCH BEZUGNAHME AUF FIG."5" ERSETZT SP.1, Z. 31 U. SP.3, Z.67 "90(GRAD)"-STELLUNG AENDERN IN "180(GRAD)"-STELLUNG SP.2, Z. 35 NACH COS "4" EINFUEGEN |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |