DE3109779C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetkompaßsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Es sind verschiedene Arten von die Nordrichtung findenden Magnetkompaßsystemen für navigierbare Fahrzeuge bekannt, die ein Kompensationssystem verwenden, um die dauernden und induzierten Magnetfelder des Fahrzeuges zu beseitigen. Die meisten dieser Magnetkompaßsysteme sind speziell zur Verwendung in Luftfahrzeugen ausgelegt. Einrichtungen dieser Art verwenden grundsätzlich einen Erdmagnetmeßfühler zur Messung der Horizontalkomponenten des Erdmagnetfeldes sowie eine mechanische oder elektronische Kompensationseinheit, die an dem Erdmagnetfeldfühler angeordnet oder elektrisch mit diesem verbunden ist und die während eines Kompensations-Ausschwingvorganges dazu verwendet werden kann, die Steuerwirkungen der permanenten und induzierten Magnetfelder des Fahrzeuges zu beseitigen. Ohne eine derartige Kompensation würden die durch die dem Fahrzeug eigenen Magnetfelder hervorgerufenen Störungen die Anzeige des Erdmagnetfeldfühlers als Navigationshilfe unbrauchbar machen.

Bei den meisten Anwendungen von Magnetkompaßsystemen, wie beispielsweise in Schiffen und Luftfahrzeugen, wird die Hauptstörung oder Verzerrung des Erdmagnetfeldes in der Nähe des Erdmagnetfeldfühlers, das heißt die Verzerrung des örtlichen Erdmagnetfeldes, durch das sogenannte Harteisenmaterial in dem Fahrzeug hervorgerufen. Dieses Harteisenmaterial erzeugt ein permanentmagnetisches Feld, das in Kombination mit dem Erdmagnetfeld dieses verzerrt, so daß die Kompaßanzeige fehlerhaft ist. Das Harteisenmaterial, dessen Lage in dem Fahrzeug festgelegt ist, kann einfach und in üblicher Weise nach einer Ermittlung durch ein Kompaßausschwingen kompensiert werden, wobei die Horizontalkomponenten des durch das Harteisenmaterial hervorgerufenen Magnetfeldes dadurch zu Null gemacht werden, daß gleiche und entgegengesetzte Magnetfeldkomponenten in der Nähe des Erdmagnetfeldfühlers erzeugt werden. Weil das durch das Harteisenmaterial hervorgerufene permanente Störfeld in seiner Lage in dem Fahrzeug festgelegt ist und durch das Erdmagnetfeld nicht beeinflußt wird, ist die Kompensation für alle Steuerkurse und Lagen des Fahrzeuges wirksam.

Eine weitere Störung oder Verzerrung des Erdmagnetfeldes in der Nähe des Erdmagnetfeldfühlers des Magnetkompaßsystems wird durch die Weicheisenbestandteile des Fahrzeuges hervorgerufen. Dieses Weicheisenmaterial ergibt eine Störung oder Verzerrung des örtlichen Magnetfeldes, die durch ein Magnetfeld hervorgerufen wird, das durch das Erdmagnetfeld in den Weicheisenbestandteilen des Fahrzeuges induziert wird. Wenn daher das Fahrzeug seine Lage relativ zur Richtung des Erdmagnetfeldes ändert, so ändert sich auch die Größe des in dem Weicheisenmaterial des Fahrzeuges induzierten Feldes aufgrund der Änderung des Einfallwinkels des Erdmagnetfeldes auf diese Weicheisenbestandteile. Daher ist die Kompensation des induzierten oder Weicheisenfehlers in dem örtlichen Erdmagnetfeld ein wesentlich schwierigeres Problem. In der Praxis wird bei vielen Magnetkompaßsystem- Anlagen, insbesondere in Luftfahrzeugen, nicht versucht, den Weicheisenfehler zu kompensieren, der durch erhebliche Fluglagenänderungen hervorgerufen wird, und zwar deshalb, weil dieser Fehler während eines normalen Fluges nur vorübergehend ist.

Aus der US-PS 26 92 970 ist ein Kompensationssystem bekannt, bei dem versucht wird, die durch die induzierten Felder hervorgerufenen Felder des Magnetkompaßsystems zu kompensieren. Hierbei müssen jedoch die der Kompensationseinrichtung zugeordneten Magnetometer so angeordnet und bezüglich der Gier- und Nickachse des Luftfahrzeuges befestigt sein, daß sie lediglich entsprechende Komponenten des Erdmagnetfeldes umfassen, die von Harteisen- und Weicheisenstörungen frei sind, weil diese Werte als Funktionen der Nick- und Rollagen des Luftfahrzeuges aufgelöst werden, um die Harteisen- und Weicheisen-Kompensationsfelder am Kompaß-Magnetometer zu liefern. Dieses bekannte Kompensationssystem könnte bei stark eisenhaltigen Landkampffahrzeugen, wie beispielsweise Panzern, nur dann brauchbar sein, wenn die Magnetometer auf einem hohen Mast weit entfernt von den Metallteilen des Panzers befestigt werden könnten. Dies dürfte jedoch nicht akzeptabel sein.

Aus der DE-OS 16 23 555 ist weiterhin ein Magnetkompaßsystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zwei Magnetfelddetektoreinrichtungen in Form von Magnetflußventilen an einem Trägerbauteil in unterschiedlichen Abständen von dem Fahrzeug gehaltert sind. Die Magnetfelder des Fahrzeuges weisen daher an den Positionen dieser Magnetflußventile unterschiedliche Stärken auf. Weil der Abstand zwischen den Magnetflußventilen bekannt ist, kann das Verhältnis der magnetischen Feldstärken bestimmt und zur Einstellung von zwei Potentiometern verwendet werden, die Multiplikationsfaktoren für die zwei elektrischen Signale liefern, die die Magnetfeldkomponenten darstellen, die von den Magnetflußventilen festgestellt werden. Diese skalierten Signale werden von den entsprechenden Signalen abgeleitet, die von dem anderen Magnetflußventil geliefert werden, um Signale zu liefern, die proportional zum Erdmagnetfeld sind. Die abgeleiteten Signale werden in einer Signalverarbeitungseinrichtung weiter verarbeitet, um die Kompaßeinstellung festzulegen. Weiterhin wird eine Magnetfeldkompensation mit Hilfe eines durch Wicklungen geleiteten Stromes erreicht, die benachbart zu den Magnetflußventilen angeordnet sind. Diese Ströme durch die Wicklungen werden mit Hilfe von weiteren Potentiometern mit Hilfe eines Ausschwingverfahrens eingestellt. Damit ist jedoch eine Kompensation der durch die Weicheisenbestandteile in dem Fahrzeug hervorgerufenen Magnetfelder nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetkompaßsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das in der Lage ist, sich ändernde Weicheisen-Magnetfelder zu kompensieren, so daß es möglich ist, das Magnetkompaßsystem im Inneren eines Fahrzeuges oder in dessen unmittelbarer Nähe anzuordnen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Magnetkompaßsystem kompensiert automatisch die Magnetfelder des Fahrzeuges, die die Kompaßanzeige beeinflussen, und zwar sowohl die unveränderlichen Harteisenfelder als auch die sich als Funktion der Weicheisenposition relativ zum Erdmagnetfeldvektor ändernden Weicheisenfelder.

Bei dem erfindungsgemäßen Magnetkompaßsystem können die Magnetfelddetektoreinrichtungen oder der Navigationssystem-Kompaßmeßfühler im Inneren der schützenden Panzerung des Fahrzeuges angeordnet sein. Das erfindungsgemäße Magnetkompaßsystem ergibt eine Kompaßgenauigkeit mit einem vorgegebenen kleinen Fehler (beispielsweise ±3°) nicht nur bei einer ebenen Lage des Fahrzeuges, sondern auch dann, wenn sich das Fahrzeug auf unebenem Gelände befindet, was zu Kippbewegungen von ±15° bis 20°C in Nick- und Rollrichtung führt.

Das erfindungsgemäße Magnetkompaßsystem ermöglicht die Lieferung eines genauen Maßes des magnetischen Steuerkurses eines stark eisenhaltigen Landfahrzeuges, wie beispielsweise eines Panzers, mit Hilfe von Magnetfelddetektoreinrichtungen, die vollständig im Inneren der schützenden Panzerung des Fahrzeuges angeordnet sind, das heißt die äußerst starken Feldstörungen durch permanente und induzierte Magnetfelder ausgesetzt sind. Hierbei mißt eine Magnetfelddetektoreinrichtung lediglich die Horizontalkomponenten des Erdmagnetfeldes, wobei diese Magnetfelddetektoreinrichtung beispielsweise durch eine übliche pendelnd befestigte Magnetfeldsonde gebildet ist, während die andere Magnetfelddetektoreinrichtung in dem Fahrzeug nahe benachbart zu der pendelnd befestigten Magnetfeldsonde befestigt und so angeordnet ist, daß sie direkt bei allen Fahrzeuglagen die Kompensation des Gesamtmagnetfeldes des Fahrzeuges und des Erdmagnetfeldes, gemessen parallel zu den primären Längs- Vertikal- und Quer-Fahrzeugachsen feststellt, wobei das Gesamtmagnetfeld entsprechende Komponenten des Erdmagnetfeldes, des permanenten Fahrzeugmagnetfeldes und des induzierten Fahrzeugmagnetfeldes einschließt.

Die Signalverarbeitungseinrichtung trennt aus den Gesamtmagnetfeldkomponenten die Komponenten, die von den permanenten und induzierten Fahrzeug-Magnetfeldern hervorgerufen werden, und es ist eine Vielzahl von Magnetfeldgeneratorwicklungen vorgesehen, die die pendelnde Magnetfeldsonde umgeben, bezüglich der Fahrzeug-Hauptachsen festgelegt sind und auf die getrennten und permanenten und induzierten Felder mit entgegengesetzten Vorzeichen ansprechen, so daß die Auswirkungen dieser Komponenten auf die pendelnd befestigte Magnetfeldsonde beseitigt werden. Auf die Magnetfeldgeneratoren ansprechende Rückführungsschaltungen liefern Rückführungssignale an die elektronische Einrichtung zur Erzeugung der Erdmagnetfeldkomponenten, die erforderlich sind, um die induzierten Feldkomponenten zu definieren und um alle Auswirkungen der Wicklungsfelder auf die eng benachbarte, feste Achsen aufweisende Magnetfeldsonde zu beseitigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine typische Installation einer Ausführungsform des Magnetkompaßsystems in einem Panzer, wobei Fig. 1A eine vergrößerte Darstellung der eigentlichen Detektorbaugruppe zeigt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer festen Drei-Achsen- Magnetfelddetektoreinrichtung in Form einer Magnetfeldsonde sowie die Ausrichtung ihrer Haupt-Meßachsen bezüglich der Hauptachsen des Fahrzeuges,

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung einer pendelnd angeordneten Magnetfelddetektoranordnung in Form einer Zwei-Achsen- Magnetfeldsonde,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Kompensationssystems des Magnetkompaßsystems,

Fig. 5 eine ausführlichere Darstellung einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung, die einen Teil der Ausführungsform nach Fig. 4 bildet,

Fig. 6 eine Abänderung der bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein typisches stark eisenhaltiges Land-Kampffahrzeug, wie beispielsweise einen Panzer 11, der eine Magnetkompaß- Detektorbaugruppe 12 aufweist, die vollständig innerhalb der schützenden Stahlpanzerplatten des Panzers eingeschlossen ist. Zwei jeweils drei zueinander orthogonale Achsen aufweisende Systeme sind in dem Panzer 11 eingezeichnet. Das erste Drei- Achsen-System entspricht den Erdmagnetfeldachsen durch den Panzer und ist durch die beiden horizontalen Achsen a, b und eine vertikale Achse c bezeichnet. Das zweite Drei-Achsen-System entspricht den Längs-, Quer- und Vertikalachsen des Panzers 11, die mit den Buchstaben l, t bzw. v bezeichnet sind. Fig. 1A zeigt eine vergrößerte Darstellung der Detektorbaugruppe 12, die vollständig innerhalb der schützenden Umhüllung des Panzers 11 angeordnet ist und eine erste zur Kompensation dienende Magnetfelddetektoreinrichtung in Form einer Magnetfeldsonde 13 und eine zweite Magnetfelddetektoreinrichtung in Form einer Magnetfeldsonde 14 in enger Nähe zueinander einschließt, wobei diese Magnetfeldsonden 13 und 14 vorzugsweise in einem gemeinsamen Behälter oder Gehäuse der Detektorbaugruppe 12 angeordnet sind.

In Fig. 2 ist schematisch die feste, um drei Achsen messende Magnetfeldsonde 14 gezeigt, die die Form einer Magnetfeldsonde von der Art aufweisen kann, wie sie in der DE-OS 24 34 374 beschrieben ist und die auch als Magnetflußrohr bezeichnet wird. Diese erste Magnetfeldsonde ist bezüglich des Fahrzeuges festgelegt, so daß ihre Meßachsen parallel zu den Haupt-Fahrzeugachsen l, t und v ausgerichtet sind. Diese Magnetfeldsonde mißt daher direkt die Längs-, Quer- und Vertikalkomponenten des Gesamtmagnetfeldes an der Fahrzeugposition, und zwar unter Einschluß der Komponenten des Erdmagnetfeldes, der Komponenten des Permanentmagnetfeldes des Panzers und der Komponenten des induzierten Magnetfeldes des Panzers. Fig. 2 zeigt weiterhin die beiden Drei-Achsen-Systeme a-a′, b-b′, c-c′ und l-l′, t-t′, v-v′ gemäß Fig. 1.

In Fig. 3 ist eine zweite Magnetfelddetektoreinrichtung in Form einer pendelnd aufgehängten, um zwei Achsen messende Magnetfeldsonde 13 von der Art gezeigt, wie sie beispielsweise in der DE-OS 21 32 280 beschrieben ist. Diese Magnetfeldsonde 13 ist in dem Fahrzeug derart befestigt, daß sie Signale erzeugt, die die Horizontalkomponenten des Magnetfeldes an der Position des Fahrzeuges darstellen. In ähnlicher Weise kann die pendelnde Magnetfeldsonde 13 Signale erzeugen, die andere Komponenten des Erdmagnetfeldes darstellen. Den primären äußeren Signalen, die auf die Magnetfeldsonde 13 einwirken, sind magnetische Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 zugeordnet, die in noch zu beschreibender Weise Felder erzeugen, die die Störungen aufheben, die durch die permanenten und induzierten Magnetfelder des Panzers hervorgerufen werden, wie dies weiter unten erläutert wird. Fig. 3 zeigt weiterhin die beiden Drei-Achsen- Systeme nach Fig. 2.

In der folgenden Erläuterung des elektronischen Teils der der Ausführungsform des Magnetkompaßsystems, der die den Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 zugeführten Ströme erzeugt, um die Kompensationsmagnetfelder zu erzeugen, wird auf die verschiedenen Magnetfeldkomponentenvektoren und deren Beziehungen Bezug genommen, die wie folgt definiert sind:

Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Magnetkompaß-Kompensationssystems. Dieses System schließt die erste Magnetfeldsonde 14 in Form einer festen Drei-Achsen-Magnetfeldsonde zur direkten Messung der Längs-, Quer- und Vertikalkomponenten des Gesamtmagnetfeldes des Fahrzeuges an einer Stelle innerhalb des Fahrzeuges ein. Den Längs- und Querkomponenten entsprechende Signale werden in üblicher Weise durch die horizontal angeordneten Schenkel der Magnetfeldsonde geliefert, während der Vertikalkomponente entsprechende Signale in der dargestellten Weise von dem vertikalen Schenkel geliefert werden. Die Betriebsweise dieses Detektors ist ausführlich in der oben erwähnten DE-OS 24 34 374 beschrieben. Diese Signale werden einem Stromservo 15 zugeführt, der von der in der DE-PS 19 64 569 beschriebenen Art sein kann. Wie dies in dieser Patentschrift beschrieben ist, sind die Ausgangssignale des Stromservos 15 elektrische Spannungssignale, die die Vektorkomponenten des Gesamtmagnetfeldes an der Position des Magnetfelddetektors in dem Panzer, gemessen entlang dessen Längs-, Quer- und Vertikalachsen, darstellen. Diese Ausgangssignale werden dann einer in einer geschlossenen Schleife betriebenen elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung 16 zugeführt, deren grundlegende Funktion darin besteht, Gleichströme an die Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 zu liefern, die (in einer Helmholtz-Anordnung) die zweite oder Magnetfeldsonde 13 umgeben, wobei die Gleichströme eine derartige Amplitude und Polarität aufweisen, daß innerhalb der Grenzen der Systemgenauigkeit die permanenten und induzierten Felder des Fahrzeuges an dieser Position und bei allen Fahrzeug-Steuerkursen und Fahrzeugroll- und -nickwinkeln aufgehoben werden. Weil die mit festen Achsen angeordnete, das Gesamtfeld messende Magnetfeldsonde 14 die Komponenten des Gesamtmagnetfeldes direkt innerhalb der Fahrzeug-Koordinatenachsen mißt und weil die Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 ebenfalls auf die Koordinatenachsen des Fahrzeuges bezogen sind, ist zu erkennen, daß bei der Ausführungsform des Magnetkompaßsystems keine trigonometrischen Transformationen oder Auflösungen bezüglich der Erdkoordinatenachsen erforderlich sind. Entsprechend erzeugt die feste Magnetfeldsonde 14 direkt Signale, die proportional zu den Gesamtfeldkomponenten H _l, H _t und H _v entsprechend den vorstehenden Gleichungen 14, 15 und 16 sind, wobei die Werte von H _el, H _et und H _ev durch die Gleichungen 2, 3 und 4 definiert sind, während die Werte des Permanentfeldes des Fahrzeuges gleich H _pl, H _pt und H _pv sind, wie dies in den vorstehenden Gleichungen 8, 9 und 10 definiert ist, und wobei die komplexen Gleichungen des induzierten Magnetfeldes des Fahrzeuges gleich H _sl, H _st und H _sv sind, wie dies in den vorstehenden Gleichungen 11, 12 und 13 definiert ist. Wie dies schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, werden die Gesamtfeldkomponenten H _l, H _t und H _v Summier- und Verstärkungseinstellschaltungen 28 zugeführt, die über noch zu beschreibende Rückführungssteuerschleifen Ausgangssignale liefern, die proportional lediglich zu den Komponenten des Erdmagnetfeldes H _el, H _et und H _ev (vorstehende Gleichungen 2, 3 und 4) sind. Diese Ausgänge werden einer Gruppe von Potentiometer- und Summiernetzwerken 29 zugeführt, in denen die Komponentenwerte H _pl, H _pt und H _pv des Permanentfeldes des Fahrzeuges und die Komponentenwerte H _sl, H _st und H _sv des induzierten Feldes des Fahrzeuges ausgebildet und summiert werden. Die letzteren Signale werden in geeigneter Weise in Schaltungen 59 gepuffert und hinsichtlich ihrer Verstärkung eingestellt, und die Ausgangssignale dieser Schaltungen 59 werden den Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 zugeführt, die den pendelnden Kompaßmeßfühler oder die Magnetfeldsonde 13 umgeben. Die gleichen Ausgangssignale werden an die Summier- und Verstärkungseinstellschaltungen 28 über Leitungen 61, 62, 63 zurückgeführt und werden in diesen Schaltungen mit den Ausgangssignalen der festen Magnetfeldsonde 14 summiert, um im Ergebnis ihre entsprechende Komponenten aus den Gesamtfeldkomponenten zu entfernen, so daß lediglich die Erdfeldkomponenten H _el, H _et und H _ev verbleiben.

Das kompensierte Ausgangssignal der pendelnden Magnetfeldsonde 13 wird über die üblichen drei Ausgangsleitungen einem zweiten Stromservo 60 in üblicher Weise zugeführt, um ein Ausgangssignal zu liefern, das dem Steuerkurs des Panzers 11 bezüglich der magnetischen Nordrichtung proportional ist. Der Stromservo 60 kann so angeschaltet sein, daß er einen üblichen synchro-gesteuerten Anzeiger einstellt, wie dies beispielsweise in der US-PS 36 46 537 beschrieben ist, oder die Ausgangssignale können einem Kurskreisel eines Kreiselmagnetkompaßsystems von der Art zugeführt werden, wie sie beispielsweise in der GB-PS 6 38 971 beschrieben ist.

In Fig. 5 ist die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung 16 in Form eines Schaltbildes dargestellt. Die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung 16 besteht aus drei Kanälen 17, 18 und 19, die nahezu identische elektronische Bauteile aufweisen. Jeder Kanal empfängt die Gleichspannungsausgangssignale von den Stromservo- und Pufferschaltungen 15 nach Fig. 4. Der Kanal 17 empfängt das die Längskomponente H _l des Gesamtmagnetfeldes, gemessen entlang der Längsachse des Panzers, darstellende Signal, der Kanal 18 empfängt das eine Komponente H _t des Gesamtmagnetfeldes, gemessen entlang der Querachse des Panzers, darstellende Signal und der Kanal 19 empfängt das eine Komponente H _v des Gesamtmagnetfeldes, gemessen entlang der Vertikalachse des Panzers, darstellende Signal. Weil die Kanäle 17, 18 und 19 von ihrem Aufbau und ihrer Funktion her im wesentlichen identisch sind, wird nur ein derartiger Kanal, der Kanal 17, ausführlich beschrieben, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.

Das induzierte Magnetfeld ist die magnetische Störung, die durch die sogenannten Weicheisenmaterialien hervorgerufen wird. Im Gegensatz zum Permanentfeld ist das induzierte Magnetfeld vorübergehend und ändert die Wirkung des Erdmagnetfeldes H _ei und H _ek (siehe die vorstehende Gleichung 1) dadurch, daß die magnetischen Achsen der aus Eisenmolekülen bestehenden Kristallbereiche neu ausgerichtet werden. Die Amplitude und Richtung des induzierten Magnetfeldes ändert sich als Funktion der Größe und Richtung des äußerden Feldes, das auf das Fahrzeug auftrifft, so daß sich Änderungen ergeben, wenn das Fahrzeug verschiedene Lagen und Steuerkurse bezüglich des Erdfeldes annimmt.

Die vorstehenden Gleichungen 11 bis 13 setzen das induzierte Magnetfeld auf den Fahrzeugsteuerkurs und die Fahrzeuglage und die äußeren Erdmagnetfeldkomponenten H _el, H _et und H _ev aus den Gleichungen 2 bis 4 in Beziehung. Der erste Index-Buchstabe der K (Konstanten-)Ausdrücke bezieht sich auf die Richtung des von außen angelegten Feldes, das das Entstehen eines induzierten Magnetfeldes bewirkt, wie dies durch den zweiten Index-Buchstaben angegeben ist. Beispielsweise führt in der vorstehenden Gleichung 11 das auf die Querachse des Fahrzeuges ausgeübte äußere Feld (H _et) zur Erzeugung eines induzierten Feldes (K _tl H _et), das entlang der Längsachse des Fahrzeuges gerichtet ist. In ähnlicher Weise ist (K _vl H _ev) das induzierte Magnetfeld, das in Längsrichtung gerichtet ist und sich aufgrund des auf die vertikale Achse einwirkenden äußeren Feldes (H _ev) ergibt. Der Ausdruck (K _ll H _el) stellt das induzierte Magnetfeld dar, das sich entlang der Längsachse aufgrund eines äußeren Feldes ergibt, das auf die gleiche Achse einwirkt. Der Ausdruck (H _sl) stellt das gesamte induzierte Magnetfeld entlang der Längsachse dar. Entsprechend erzeugt jedes der drei äußeren Felder (H _el, H _et und H _ev) drei induzierte Felder, die entlang der Fahrzeugachsen gerichtet sind. Wie dies aus den Gleichungen 2 bis 4 zu erkennen ist, sind diese induzierten Felder eine Funktion der Fahrzeug-Nicklage.

Ähnlich wie die Harteisen- oder Permanentfelder, die sich mit der Fahrzeuglage nicht ändern, weil sie bezüglich des Fahrzeuges festgelegt sind, kann glücklicherweise die Größe der Komponenten der induzierten Feldänderungen genau während eines Kompaßausschwingens des Fahrzeuges und während bestimmter gewünschter Steuerkurse bei geneigtem Fahrzeug bestimmt werden, wobei dieses Verfahren für den Fachmann auf dem Gebiet von magnetischen Kompassen gut bekannt ist. Beispielsweise können die K-Werte der vorstehenden Gleichungen 11, 12 und 13 bei den Hauptsteuerkursen des Fahrzeuges bei in ebener Lage befindlichem Fahrzeug unter Verwendung der Gleichungen 5, 6 und 7 berechnet werden, worauf dann bei einem dieser Steuerkurse, beispielsweise bei 0°, das Fahrzeug geneigt oder in eine Nicklage bis zu einem willkürlich gewählten Wert von 15° gebracht wird, was die Gleichungen 2, 3 und 4 beeinflußt, worauf die K-Werte entsprechend modifiziert werden können. Die vorstehend genannte US-Patentschrift 26 92 970 gibt die ausführlichen Gleichungen zur Ableitung dieser K-Werte an.

Wie bei einer erneuten Betrachtung der Fig. 5 zu erkennen ist, wird der zu H _l proportionale Gleichspannungsausgang des Stromservos 15 einem Summierglied 20 zugeführt, in dem dieses Gleichspannungsausgangssignal mit dem negativen Gleichspannungs-Rückführungssignal (wie dies noch näher erläutert wird) summiert wird. Das resultierende Signal H _el wird einem Widerstandselement oder einem Netzwerk 17 a zugeführt, das weiterhin die Ausgangssignale H _et und H _ev entsprechender Summierglieder 30 und 40 der Kanäle 18 bzw. 19 empfängt. In ähnlicher Weise wird das H _el-Spannungssignal den Widerstandsnetzwerken 18 a und 19 a der Kanäle 18 bzw. 19 zugeführt. Die Widerstandsnetzwerke 17 a, 18 a und 19 a bilden eine Einrichtung zur Lieferung eines Maßes des induzierten Magnetfeldes des Fahrzeuges H _sl, H _st und H _sv entsprechend den vorstehenden Gleichungen 11, 12 und 13. Weil alle diese drei Netzwerke wiederum identisch sind, wird nur eines beschrieben. Beispielsweise sind die Potentiometer 22, 21 und 23 für das Netzwerk 17 a zum Empfang von Spannungen angeschaltet, die jeweils proportional zu den Erdmagnetfeldkomponenten entlang der Längs-(H _el), Quer-(H _et) und Vertikalachsen (H _ev) sind. Die Schleifer dieser Potentiometer werden entsprechend der Werte von K _ll, K _tl bzw. K _vl eingestellt, wobei diese Werte während des Kompaßausschwingens bestimmt werden, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Die Ausgangssignale dieser Potentiometer werden am Summierglied 24 summiert und das resultierende Ausgangssignal dieses Summiergliedes ist die Spannung mit dem Wert H _sl, die das induzierte Magnetfeld entlang der Längsachse in der Position der festen Magnetfeldsonde 14 entsprechend der vorstehenden Gleichung 11 darstellt. Die Werte von H _st und H _sv werden in der gleichen Weise gewonnen, und zwar im Kanal 18 über das Netzwerk 18 a mit den Potentiometer 31, 32 und 33 bzw. im Kanal 19 über das Netzwerk 19 a mit den Potentiometern 41, 42 und 43.

Wie dies weiter oben erläutert wurde, wird das störende Permanentmagnetfeld als "Harteisen"-Störung bezeichnet, was sich auf die Art des Eisens bezieht, die diese Wirkung hervorruft. Das "Harteisen"-Feld (Hp) ist hinsichtlich seiner Größe und Richtung im wesentlichen konstant und kann daher in Ausdrücken der fahrzeugfesten Achsen gemäß den Gleichungen 8, 9 und 10 ausgedrückt werden. Aus diesen Gleichungen ist zu erkennen, daß zu irgendeinem Zeitpunkt das Permanentmagnetfeld des Fahrzeuges ebenso wie das induzierte Feld über lange Zeitperioden konstant sein kann und damit durch periodisches Kompaßausschwingen kompensiert werden kann.

Unter erneuter Bezugnahme auf den Kanal 17 gemäß Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Größe der Permanentfeldstörungen bezüglich der Längsachse H _pl des Fahrzeuges während des Kompaßausschwingens des Fahrzeuges bestimmt wird, wobei dieses Kompaßausschwingen als solches gut bekannt ist. Dieses Kompaßausschwingen kann beispielsweise entsprechend der Verfahren durchgeführt werden, die in der US- Militärnorm MIL-STD 765A festgelegt sind, die vom US- Verteidigungsministerium erhältlich ist. Zur Lieferung des Wertes von H _pl ist ein gleichspannungsgespeistes Potentiometer 26 vorgesehen, dessen Schleifer auf den während des Ausschwingens bestimmten Wert von H _pl eingestellt ist. Dieses Signal wird mit der induzierten Feldkomponente H _sl in einem Summierglied 25 kombiniert oder summiert. Die Werte von H _pt und H _pv werden in ähnlicher Weise in die Kanäle 18 und 19 über Potentiometer 36 und 46 eingeführt und mit den Werten von H _st und H _sv über Summierglieder 35 und 45 summiert. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 25 des Kanals 17 ist damit ein Signal, das proportional zur Summe der Komponenten des induzierten Magnetfeldes und des Permanentmagnetfeldes parallel zur Längsachse des Fahrzeuges ist, d. h. also ein Signal, das proportional zu H _sl+H _pl ist. Dieses Signal kann dann mit der richtigen Polarität an die Kompensations-Wicklungen 53, 54, 55 angelegt werden, um ein gleiches und entgegengesetztes Magnetfeld an der pendelnd befestigten zweiten Magnetfeldsonde 13 zu erzeugen, um beide Komponenten der störenden induzierten und Permanentmagnetfelder zu Null zu machen, so daß die zweite Magnetfeldsonde lediglich die Komponente H _el des Erdmagnetfeldes parallel zur Längsachse des Fahrzeuges mißt, wie dies in den vorstehenden Gleichungen 17 und 20 angegeben ist. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal des Summiergliedes 25 einem Spannungs-/Strom- Verstärker 50 zugeführt, um die entgegengesetzt polarisierten H _sl+H _pl-Stromsignale mit dem richtigen Amplitudenpegel an die Kompensationswicklung 53 zu liefern.

Der der Kompensationswicklung 53 zugeführte, ein Magnetfeld erzeugende Strom wird mit Hilfe eines Strommeßwiderstandes 56 gemessen und über eine Leitung 61 und ein Verstärkungseinstellnetzwerk 28 als weiterer Eingang dem Summierglied 20 zugeführt, in dem es von dem ursprünglichen Eingangssignal H _l subtrahiert wird, um das HH _el-Signal zu liefern, das für die Abtrennung der H _sl-Komponenten benötigt wird, wie dies durch die vorstehende Gleichung 11 angegeben ist.

Die Nähe der ersten festen Magnetfeldsonde 14 zu den die zweite, pendelnde Magnetfeldsonde 13 umgebenden Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 kann jedoch dazu führen, daß ein Streukompensationsfeld durch die feste Magnetfeldsonde 14 gemessen wird. Wenn dieses Streukompensationsfeld nicht korrigiert wird, erzeugt es Fehler bei der Bestimmung der Werte von H _el, H _et und H _ev. Daher sind die Verstärkungseinstelleinrichtungen 27, 37 und 47 mit den elektronischen Kreisen 61, 62 und 63 gekoppelt, um diese Streukompensation durch Einführen eines vorgegebenen Verstärkungsfaktors 1+λ in die Rückführungssignale zu korrigieren. Der Ausdruck λ stellt eine proportionale Differenz in der Größe zwischen den von den Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 zurückgeführte Kompensationssignalen und der Streukompensation von den Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 dar, die von der festen Magnetfeldsonde 14 festgestellt wird. Wenn beispielsweise die zurückgeführten Kompensationssignale zehnmal größer als die festgestellte Streukompensation sind, so ist λ gleich 1/10 oder 0,1.

Der Aufbau und die Betriebsweise der Kanäle 18 und 19 entspricht dem vorstehend beschriebenen Kanal 17 hinsichtlich der Erzeugung der Kompensationsströme an die Kompensationswicklungen 54 bzw. 55 entsprechend den Gleichungen 18, 19 und 21, 22.

Es sind Anwendungen des beschriebenen Magnetkompaß-Kompensationssystems denkbar, bei denen dem für die Detektorbaugruppe 12 benötigten Raum eine besondere Bedeutung zukommt, insbesondere im Inneren von Panzern. Die abgehängte Ausführungsform nach Fig. 6 verringert die Größe der Detektorbaugruppe um ungefähr 50%. Wie dies gezeigt ist, weist das Gehäuse 12′ die allgemeine Form eines Würfels auf, wobei die festen Kompensationswicklungen 53, 54 und 55 an zumindest drei zueinander senkrechten Innenflächen des Würfels befestigt sind (beispielsweise jeweils eine Wicklung an den Seitenflächen und eine an einer der vertikalen Flächen oder eine in der Mitte hiervon) und wobei die pendelnde Magnetfeldsonde 13 in der Mitte hiervon befestigt ist. Um das Volumen der Detektoreinheit so weit wie möglich zu verringern, ist die feste Magnetfeldsonde 14 an der Oberseite der Einheit befestigt, beispielsweise an der Unterseite des oberen Deckels 12′′ der Einheit. Es ist verständlich, daß die feste Magnetfeldsonde 14 an dieser Position stärker den Wicklungsfeldern ausgesetzt ist, als dies bei der Anordnung nach Fig. 1A der Fall ist, bei der die Magnetfeldsonden nebeneinander angeordnet sind. Entsprechend der beschriebenen Ausführungsform ist es jedoch lediglich erforderlich, die Größe der Rückführungssignale an den Leitungen 61, 62 und 63 durch jeweiliges Vergrößern der Verstärkung der Verstärkungssteuer- und der Verstärkungseinstelleinrichtungen 27, 37 und 47 zu vergrößern. Wenn beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 1A das Rückführungssignal für die maximale Korrekturachse 13% des Eingangssignals und an den anderen Achsen beispielsweise 2 bzw. 3% beträgt, so könnte die entsprechende Verstärkung für die Anordnung nach Fig. 6 in der Größenordnung von 50%, 20% bzw. 30% liegen.

Die feste Magnetfeldsonde 14 mißt das Gesamtmagnetfeld des Fahrzeuges an einer Position im Inneren dieses Fahrzeuges und bei allen Kipplagen dieses Fahrzeuges, wobei diese Meßwerte über in geschlossener Schleife betriebene Schaltungen zur Abtrennung der induzierten und permanenten Störmagnetfelder von dem Gesamtfeld verwendet werden. Diese abgetrennten Felder werden dann durch Ströme dargestellt und Wicklungen zugeführt, die die pendelnde Magnetfeldsonde 13 umgeben, um gleiche und entgegengesetzte Kompensationsfelder an dieser Magnetfeldsonde zu erzeugen, so daß diese pendelnde Magnetfeldsonde lediglich die Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes mißt, wie dies erwünscht ist.

Claims (8)

1. Magnetkompaßsystem für ein Eisenbestandteile enthaltendes Fahrzeug, mit einer ersten an dem Fahrzeug befestigten Magnetfelddetektoreinrichtung zur Erzeugung erster Komponentensignale,. die Komponenten der Summe des Erdmagnetfeldes und der permanenten und induzierten Magnetfelder des Fahrzeuges parallel zu einem fahrzeugfesten Koordinatensystem entsprechen, mit einer zweiten an dem Fahrzeug befestigten Magnetfelddetektoreinrichtung, mit Magnetfeldgeneratoren, die fahrzeugfest in der Nähe der zweiten Magnetfelddetektoreinrichtung angeordnet sind und Magnetfeldkomponenten parallel zu dem fahrzeugfesten Koordinatensystem erzeugen, mit einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Signalen von den Magnetfelddetektoreinrichtungen, und mit einer Anzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Magnetfelddetektoreinrichtung (13) pendelnd an dem Fahrzeug befestigt ist und zweite Komponentensignale erzeugt, die vorgegebenen Komponenten des Erdmagnetfeldes an dieser zweiten Magnetfelddetektoreinrichtung (13) bezogen auf ein erdfestes Koordinatensystem entsprechen, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (16) auf die ersten Komponentensignale anspricht und Kompensationssignale an die Magnetfeldgeneratoren Kompensationswicklungen (53, 54, 55) liefert, die den Komponenten der permanenten und induzierten Magnetfelder des Fahrzeuges in dem fahrfesten Koordinatensystem entsprechen, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (16) Rückführungseinrichtungen (28) und Kompensationseinrichtungen (29) zur Verfügung der Kompensationssignale an die Magnetfeldgeneratoren Kompensationswicklungen (53, 54, 55) zur Erzeugung entsprechender Magnetfelder in der Nähe der zweiten Magnetfelddetektoreinrichtung (13) einschließt, die im wesentlichen gleich und entgegengesetzt zu den Komponenten der permanenten und induzierten Magnetfelder des Fahrzeuges sind, wodurch die zweite Magnetfelddetektoreinrichtung (13) Ausgangssignale an die Anzeigeeinrichtung liefert, die proportional zu den Komponenten des Erdmagnetfeldes sind, und das weiterhin Einrichtungen (Verstärker 27, 37, 47; Leitungen 61, 62, 63) zur Zuführung der Kompensationssignale an die Rückführungseinrichtungen (28) vorgesehen sind, um die Wirkungen der Kompensationssignale auf die ersten Komponentensignale zu beseitigen.

2. Magnetkompaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungseinrichtungen (28) die Kompensationssignale von den ersten Komponentensignalen (H _l, H _t, H _v) subtrahieren, um lediglich die Erdmagnetfeldkomponenten darstellende Ausgangssignale zu liefern, die den Kompensationseinrichtungen (29) zugeführt werden.

3. Magnetkompaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldgeneratoren Kompensationswicklungen (53, 54, 55) umfassen, daß die Kompensationseinrichtungen (29) erste und zweite einstellbare Impedanzelemente (Potentiometer 21-23, 31-33, 41-43/26, 36, 46) umfassen, die auf die Ausgangssignale der Rückführungseinrichtungen (28) ansprechen und durch Kompaßausschwingen des Fahrzeuges einstellbar sind, um Signalspannungen zu liefern, die den Kompensationssignalen entsprechen, und daß Einrichtungen (Verstärker 59, 50, 51, 52) zur Zuführung der Kompensationssignale als entsprechende Ströme an die Kompensationswicklungen (53, 54, 55) sowie Einrichtungen (Strommeßwiderstände 56, 57, 58) vorgesehen sind, die auf die Wicklungsströme ansprechen und Spannungssignale liefern, die den Kompensationssignalen entsprechen.

4. Magnetkompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungseinrichtungen (28) Verstärkungseinstelleinrichtungen (27, 37, 47) zur Einführung eines vorgegebenen Verstärkungsfaktors in die rückgeführten Kompensationssignale einschließen, um Kompensations- Streufeldern in der ersten Magnetfelddetektoreinrichtung (14) entgegenzuwirken.

5. Magnetkompaßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldgeneratoren in Helmholtz-Anordnung angeordnete Kompensationswicklungen (53, 54, 55) einschließen, die orthogonal zueinander um die zweite Magnetfelddetektoreinrichtung (13) herum angeordnet sind, und daß die erste Magnetfelddetektoreinrichtung (14) benachbart, jedoch außerhalb der Wicklungen angeordnet ist.

6. Magnetkompaßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelddetektoren in Helmholtz-Anordnung angeordnete Wicklungen (53, 54, 55) einschließen, die orthogonal zueinander um die zweite Magnetfelddetektoreinrichtung (13) angeordnet sind, und daß die erste Magnetfelddetektoreinrichtung (14) zumindestens teilweise innerhalb der Wicklungen angeordnet ist.

7. Magnetkompaßsystem nach Anspruch 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklungen (53, 54, 55) auf die Achsen des Fahrzeuges bezogen sind.

8. Magnetkompaßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magnetfelddetektoreinrichtungen (13, 14) innerhalb des Fahrzeuges angeordnet sind.