DE3141342A1 - Kurs-lage-referenzgeraet mit zweiachsiger plattform - Google Patents

Description

3U1342 7"~""

PATENTANWÄLTE
Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chcm. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 ■ D 5620 VELBERT Π - LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

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Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-77 7O übe rlingen/Boden see

Kurs-Lage-Referenzgerät mit zweiachsiger Plattform

Die Erfindung betrifft ein Kurs-Lage-Referenzgerät mit zweiachsiger Plattform enthaltend:

a) einen Außenrahmen, der um eine erste Schwenkachse schwenkbar in einem Träger gelagert ist,

b) einen Innenrahmen (Cluster), der um eine zu der ersten

C G

Schwenkachse (x ) senkrechte zweite Schwenkachse (y ) schwenkbar in dem Außenrahmen gelagert ist und der ein Koordinatensystem mit einer ersten Achse (x ) einer dazu senkrechten mit der zweiten Schwenkachse zusammenfallenden zweiten Achse (y^C) und einer zu diesen beiden Achsen senkrechten dritten Achse (z ) festlegt,

c) einen auf dem Innenrahmen angeordneten zweiachsigen

Lagekreisel,
35

c.) dessen erste Eingangsachse parallel zu der ersten Achse (x^c) und

ir -

Y Cy) dessen zweite Eingangsachse parallel zu der zweiten Achse (y ) ist und der

C-) einen ersten Abgriff auf der ersten Eingangsachse sowie

c.) einen zweiten Abgriff auf der zweiten Eingangsachse und

■jQ c,-) einen ersten Drehmomenterzeuger auf der ersten Eingangsachse und

c_fi) einen zweiten Drehmomenterzeuger auf der zweiten Eingangsachse aufweist,

d) einen auf dem Innenrahmen angeordneten ersten Neigungsfühler, der auf eine Neigung des Innenrahmens gegen die Horizontale um die erste Achse (x ) anspricht,

e) einen auf dem Innenrahmen angeordneten zweiten Neigungsfühler, der auf eine Neigung des Innenrahmens gegen die Horizontale um die zweite Achse (y ) anspricht,

f) einen an dem Träger sitzenden, um die erste Schwenkachse auf den Außenrahmen wirkender ersten Stellmotor und

g) einen an dem Außenrahmen sitzenden, um die zweite Schwenkachse auf den Innenrahmen wirkenden zweiten Stellmotor,

bei welchem
35

31 A1 342 I --"■ ': : : .X "j" *- - 44 -

h) das Abgriffsignal des ersten Abgriffs des Lagekreisels verstärkt auf den ersten Stellmotor aufgeschaltet ist,

i) das Abgriffsignal des zweiten Abgriffs des Lagekreisels verstärkt auf den zweiten Stellmotor aufgeschaltet ist,

j) das Signal des ersten Neigungsfühlers auf den um die zweite Eingangsachse des Lagekreisels wirksamen Drehmomenterzeuger und

k) das Signal des zweiten Neigungsfühlers auf den um die erste Eingangsachse des Lagekreisels wirksamen Drehmomenterzeuger aufschaltbar ist.

Plattformen dieser Art sind als Kreisellote bekannt. Sie liefern jedoch keine Azimutinformation.

Es sind weiterhin Kurs-Lage-Referenzgeräte mit dreiachsigen Plattformen bekannt. Solche dreiachsigen Plattformen sind mechanisch sehr aufwendig.

Schließlich sind Kurs-Lage-Referenzgeräte in "Strap-down"-Ausführung bekannt. Diese enthalten trägerfest, also z.B. fahrzeugfest, angebrachte Wendekreisel, aus deren Drehgeschwindigkeitssignalen rechnerisch die Lageinformationen gewonnen werden. Diese Art von Kurs-Lage-Referenzgeräten

erfordert einen recht hohen Rechneraufwand. 30

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurs-Lage-Referenzgerät hinsichtlich des mechanischen und Rechneraufwands zu optimieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

1) auf dem Innenrahmen ein Wendekreisel angeordnet ist, dessen Eingangsachse (y ) senkrecht zu der ersten und zweiten Achse (x^c, y^c) verläuft,

m) die auf die Drehmomenterzeuger des Lagekreisels zur Horizontierung des Innenrahmens aufgeschalteten Beschleunigungsmessersignale nach Erreichen des stationären Zustands auf einen Rechner zur Bildung eines Signals aufschaltbar sind, welches den Anfangswert des Azimutwinkels ( y (0)) zwischen der ersten Achse (x ) und Nord darstellt,

n) in einem Summierpunkt
n₁) ein die inertiale Drehgeschwindigkeit des Innen

rahmens um die zu der ersten und der zweiten

C C

Achse (x bzw. y ) senkre
darstellendes Signal und

CC C

Achse (x bzw. y ) senkrechte Azimutachse (z )

n~) ein die Vertikalkomponente {fl ) der Erddrehgeschwindigkeit-..darstellendes Signal

addiert werden,
o) ein Integrator vorgesehen ist,

O₁) auf den das in dem Summierpunkt gebildete Summen signal aufgeschaltet ist und

_o ) in den als Anfangswert der Anfangswinkel ( zwischen der e
geben wird und

zwischen der ersten Achse (x ) und Nord einge

der ein den momentanen Winkel ( ψ _p(t)) zwischen

der ersten Achse (x^c) und Nord wiedergebendes Azimutsignal liefert,

3U1342

p) eine Koordinatentransformationsschaltung vorgesehen ist,

P₁) auf welche als Transformationswinkelsignal das Azimutsignal ( ψ (t)) aufgeschaltet ist,

Py) welche ein die Horizontalkomponente (Jl ) der Erddrehgeschwindigkeit darstellendes Signal, erhält und

P₃) welche zwei Signale ( ω , (υ ) liefert, die

den beiden Komponenten der besagten Horizontalkomponente in Richtung der ersten bzw« der

c c zweiten Achse (x bzw. y ) entsprechen, und

q) die beiden von der Koordinatentransformationsschaltung gelieferten Signale auf den auf der zweiten Eingangsachse des Lagekreisels sitzenden Drehmomenterzeuger bzw. den auf der ersten Eingangsachse des Lagekreisels sitzenden Drehmomenterzeuger geschaltet sind.

Durch Aufschalten der Neigungsfühler auf die Drehmomenterzeuger des Lagekreisels erfolgt eine Horizontierung. Im stationären Zustand treten dabei an den Drehmomenterzeugern Signale auf, aus denen der Anfangswert ^_p(0) des Azimutwinkels zwischen erster Achse und Nord bestimmt werden kann. Die Änderungen des Azimutwinkels werden mittels des Wendekreisels bestimmt und durch den Integrator mit dem Anfangswert ψ_ρ (0) integriert. Das liefert den

momentanen Azimutwinkel. Die bekannten Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit werden am Eingang des Integrators bzw. durch die Koordinatentransformationsschaltung weiter in Komponenten zerlegt an den Drehmomenterzeugern des Lagekreisels berücksichtigt. So wird der Innenrahmen horizontiert gehalten, und der Integrator liefert laufend den Azimutwinkel. Es wird so eine zweiachsige Plattform verwandt, was

den mechanischen Aufwand reduziert. Der Azimutwinkel V_p(t) wird nach "Strap-down"-Art rechnerisch ermittelt.

Der hierfür erforderliche Rechneraufwand ist jedoch gering.

Eine Feinausrichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine besonders vorteilhafte Lösung für einen im Mittel stillstehenden Träger besteht darin, daß

a) der erste und der zweite Neigungsfühler Beschleunigungsmesser sind, deren Empfindlichkeitsachsen parallel zu der zweiten bzw. der ersten Achse (y bzw. χ ) verlaufen,

b) ein erster Integrator und ein zweiter Integrator vorgesehen.sind,

b₁) auf welche die Signale des ersten bzw. des

zweiten Neigungsfühlers aufgeschaltet sind und

b„) welche Geschwindigkeitskomponentensignale (v ^c(t),v ^c(t)) liefern, die Geschwindigkeiten

längs der zweiten bzw. der ersten Achse (y ,x ) darstellen,

c) eine erste Koordiantentransformationsschaltung vorgesehen ist,

C₁) auf welche die Geschwindigkeitskomponentensignale

cc
(v (t), ν (t) · aufgeschaltet sind und

^O c ) welcher als Transformationswinkelsignal das Azimutsignal ( y (t)) zugeführt wird, und

c.,) welche transformierte Geschwindigkeitskompo-

VV
• nentensignale (v (t),v (t)) liefert in einem

Koordinatensystem, das durch Verdrehung der ersten

c C

und der zweiten Achse (x , y ) um den Azimutwinkel (y_p(t)) entsteht, so daß die verdrehte

3U1342

- ή 5 -

Achse (χ ) im wesentlichen in Nordrichtung zeigt, und einer so ausgerichteten, dreiachsigen "virtuellen Plattform" entspricht,

d) Reglermittel vorgesehen sind,

d~) auf welche die transformierten Geschwindigkeits-

VV
signale (ν , ν ) als Regelabweichungssignale

aufgeschaltet sind und

d₂) welche Stellsignale (U , IL, , U_, ) liefern,

durch welche die "virtuelle Plattform" horizontal und nach Nord feinausrichtbar wäre,

e) eine zweite Koordinatentransformationsschaltung vorgesehen ist,

e,) auf welche die Stellsignale (U_ , U_ , ϋ_φ ) auf-

geschaltet sind,
20

e,) welcher als Transformationswinkelsignal das Azimutsignal (y (t)) zugeführt wird und

e₃) welche rücktransformierte Stellsignale (ü_^, π , U_T ^C) liefert, die auf das von der ersten

der zweiten Achse (x , y ) und der dazu senkrechten Azimutachse (z^c) gebildete Koordinatensystem bezogen ist,

^O f) ein erstes dieser Stellsignale (U_T ) auf den um die zweite Eingangsachse des Lagekreisels wirksamen Drehmomenterzeuger geschaltet ist,

g) ein zweites dieser Stellsignale (ü_ ) auf den um die erste Eingangsachse des Lagekreisels wirksamen Drehmomenterzeuger geschaltet ist und

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h) ein drittes dieser Stellsignale (U_Tz) mit negativem Vorzeichen auf den Summierpunkt zwischen Wendekreisel und Integrator geschaltet ist.

Da der Träger im Mittel stillstehend ist, sollten keine Geschwindigkeitssignale auftreten. Geschwindigkeitskomponentensignale, die durch Integration der von den Beschleunigungsmessern gewonnenen Signale erhalten werden, sind daher auf eine Fehlausrichtung der Plattform zurückzuführen. Sie stellen Regelabweichungssignale dar. Regelmittel erzeugen Stellsignale, welche über die Drehmomenterzeuger des Lagekreisels die Feinausrichtung der Plattform bewirken. Um unabhängig von dem veränderlichen Azimutwinkelty/_p(t) zu werden, werden die Geschwindigkeitskomponentensignale durch eine erste Koordinatentransformationsschaltung zunächst in ein Koordinatensystem transformiert, das einer mit der ersten Achse nach Nord ausgerichteten "virtuellen Plattform" entspricht. In diesem Koordinatensystem werden die Stellsignale bestimmt. Diese Stellsignale werden dann durch die zweite Koordinatentransformationsschaltung in Stellsignale für die reale Plattform zurücktransformiert.

Eine vorteilhafte Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Regelmittel

a.. ) einen ersten Regler enthalten, 30

a.₁) auf den ein erstes transformiertes Ge-

V schwindigkeitskomponentensignal (v (t))

als Regelabweichungssignal aufschaltbar ist und
35

- 11 -

^a12^ dessen Stellsignal (ϋ_τ ) als zu transformierendes Signal auf die zweite Koordinatentransformationsschaltung aufschaltbar ist,

einen zweiten Regler,

a₉₁) auf den ein zweites transformiertes Ge-

V schwindigkeitskomponentensignal (v (t)) ^als Regelabweichungssignal aufschaltbar ist

und

a₂₂) dessen Stellsignal auf die zweite Koordinatentransformationsschaltung aufschaltbar ist, und

a,) einen dritten Regler

31) auf den das erste transformierte Geschwin-

oo V

^^w digkeitssignal (v (t)) als Regelabweichungs

signal aufschaltbar ist und

a,_?) der das dritte rücktransformierte Stellsignal (U_T^ = U_T^) liefert, und

b) zwischen dem zweiten Regler und der zweiten Koordinatentransformationsschaltung ein Summierpunkt zur Bildung des zu transformierenden Signals gebildet ist, in welchem von dem Stellsignal des zweiten Reglers

die Horizontalkomponente (JT. ) der Erddrehgeschwin-

digkeit subtrahiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig.1 zeigt schematisch-perspektivisch den Grundaufbau des Kurs-Lage-Referenzgerätes.

Fig. 2 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 die Plattform mit den Mitteln zur Grobausrichtung und zur Erzeugung eines Azimutwinkelsignals.

Fig. 3 zeigt die Lage der verschiedenen hier

interessierenden Koordinatensysteme und die bei der Grobausrichtung noch auftretenden Ausrichtfehler.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht

die Dynamik der grob ausgerichteten, erdfest gehaltenen Plattform.

Fig. 5· ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht

eine Möglichkeit der Feinausrichtung der Plattform.

Fig. 6 veranschaulicht das Koordinatensystem einer _or. zum Verständnis einer bevorzugten Aus-

führungsform eingeführten "virtuellen Plattform" in Bezug auf das Koordinatensystem der in Fig. 1 und 2 dargestellten realen Plattform.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht

die Dynamik der erdfesten, virtuellen Plattform.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht

die Feinausrichtung der Plattform bei einer bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht den "Kreiselkompaß"-Betrieb der virtuellen

Plattform.

3U1342 - 19-

j Fig. 10 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 2 und

zeigt die bevorzugte Ausführungsform mit Feinausrichtung.

p. Das Kurs-Lage-Referenzgerät von Fig. 1 und 2 enthält eine zweiachsige Plattform 10 mit einem Außenrahmen 12, der um eine erste Schwenkachse 13 schwenkbar in einem Träger gelagert ist, und einem Innenrahmen oder "Cluster" 16, der um eine zu der ersten Schwenkachse 13 senkrechte zweite Schwenkachse 17 schwenkbar in dem Außenrahmen 12 gelagert ist. Bei einer Anwendung ist der Träger eine hubschrauberartige, stationäre, stabilisierte Beobachtungsplattfornu Auf dem Innenrahmen 16 ist ein zweiachsiger Lagekreisel angeordnet. Der Innenrahmen 16 definiert ein Koordinaten-

η 5 system mit einer ersten Achse χ , einer dazu senkrechten, mit der zweiten Schwenkachse 17 zusammenfallenden Achse y und einer zu diesen beiden Achsen senkrechten dritten Achse ζ . Die erste Eingangsachse 20 des Lagekreisels ist parallel zu der ersten Achse χ . Die zweite Eingangsachse 22 des Lagekreisels 18 ist parallel zu der zweiten Achse y^C. Senkrecht zu den Eingangsachsen 20 und 22, nach unten in Fig.1 und 2, verläuft die Kreiseldrallachse 24 des Lagekreisels 18. Auf der ersten Eingangsachse 20 des Lagekreisels 18 sitzt ein erster Abgriff 26, der einen Lagewinkel ß abgreift. Auf der zweiten Eingangsachse 22 des Lagekreisels 18 sitzt ein zweiter Abgriff 28, der einen Lagewinkel oC abgreift. Ferner sitzt auf der ersten Eingangsachse 20 des Lagekreisels 18 ein erster Drehmomenterzeuger 30, und auf der zweiten Eingangsachse 22 sitzt ein zweiter Drehmomenterzeuger 32.

Auf dem Innenrahmen 16 sitzt ein erster Neigungsfühler 34, der auf eine Neigung des Innenrahmens 16 gegen die Horizontale um die erste Achse χ anspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der erste Neigungsfühler 34 ein Beschleunigungsmesser, dessen Empfindlichkeits-

achse parallel zu der zweiten Achse y verläuft.

Auf dem Innenrahmen 16 sitzt weiterhin ein zweiter Neigungsfühler 36, der auf eine Neigung des Innenrahmens gegen die Horizontale um die zweite Achse y^c anspricht.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der zweite Neigungsfühler 36 ein Beschleunigungsmesser, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zu der ersten Achse χ verläuft.

An dem Träger 14 sitzt ein um die erste Schwenkachse 13 auf den Außenrahmen 12 wirkender erster Stellmotor 38.

An dem Außenrahmen 12 sitzt ein um die zweite Schwenkachse 17 auf den Innenrahmen wirkender zweiter Stellmotor 40. Das Abgriffsignal des ersten Abgriffs 26 des Lagekreisels 1 8 ist verstärkt durch einen Verstärker 42 mit einem Netzwerk 4 4 auf den ersten Stellmotor 38 aufgeschaltet. Das Abgriffsignal des zweiten Abgriffs 28 ist verstärkt durch einen Verstärker 4 6 mit einem Netzwerk 48 auf den zweiten Stellmotor 40 aufgeschaltet.

Zur Grobhorizontierung ist das Signal des ersten Neigungsfühlers 34 auf den um die zweite Eingangsachse 22 des Lagekreisels 18 wirksamen Drehmomenterzeuger 32 aufschaltbar. Entsprechend ist das Signal des zweiten Neigungsfühlers 36 auf den um die erste Eingangsachse 20 des Lagekreiseis 18 wirksamen Drehmomenterzeuger 30 aufschaltbar. Bei einer Neigung des Innenrahmens 16 gegen die Horizontale um die erste Achse x^c liefert der Neigungsfühler ein Signal, das auf den Drehmomenterzeuger 32 aufgeschaltet wird. Der Drehmomenterzeuger 32 übt dadurch auf den Lagekreisel 18 ein Drehmoment um dessen zweite Eingangsachse 22 aus. Dieses Drehmoment bewirkt eine Präzession des Lagekreisels 18 um seine erste Eingangsachse 20. Diese Präzession erzeugt ein Abgriffsignal an dem Abgriff 26. Von diesem Abgriffsignal wird der Stellmotor 38 angesteuert, der den Innenrahmen 16 um die erste Achse in die Horizontale eindreht. In gleicher Weise wird von dem

3U1342

zweiten Neigungsfühler 36 über den Drehmomenterzeuger 30, den Abgriff 28 und den Stellmotor 40 eine Horizontierung um die zweite Achse y bewirkt.

Im stationären Zustand liegen dabei an den Drehmomenterzeugern 30 und 32 Signale an, die von dem Anfangswert des Azimutwinkels ψ (0) zwischen der ersten Achse χ und Nord abhängen. Diese Signale sind auf einen Rechner 50 (Fig. 2) geschaltet, der daraus ein diesen Anfangs~ wert ^Zp(O) darstellendes Signal erzeugt.

Der Innenrahmen 16 legt ein Koordinatensystem fest, das

c c
durch die beiden Achsen χ und y und eine zu diesen bei— den Achsen senkrechte Achse ζ bestimmt ist und als "clusterfestes" Koordinatensystem bezeichnet werden kann.

Auf dem Innenrahmen 16 ist ein Wendekreisel 52 angeordnet, dessen Eingangsachse y senkrecht zu der ersten und

c c
zweiten Achse χ bzw. y (oder dazu parallelen Achsen) verläuft.

Fig. 2 zeigt, wie die beschriebene zweiachsige Plattform erdfest gehalten wird und wie laufend der Azimutwinkel

to (t) zwischen erster Achse χ und Nord bestimmt wird. 25

Zu diesem Zweck werden in einem Summierpunkt 54 ein von dem Wendekreisel 52 geliefertes, die inertiale Drehge-

TC c

schwindigkeit w = w„ des Innenrahmens 16 um die zu der y u

ersten und der zweiten Achse χ bzw. y senkrechte Azimut-

QQ Q

achse ζ darstellendes Signal und ein die bekannte Vertikalkomponente /2 =fl sin φ der Erdrehgeschwindigkeit darstellendes Signal addiert. Dabei ist Jl die Drehgeschwindigkeit der Erde und φ die geographische Breite. Es wird so berücksichtigt, daß der Wendekreisel die Drehgeschwindigkeit im inertialen Raum mißt und sich die Erde mit der stillstehenden Plattform gegenüber dem inertialen Raum

dreht. Der Summierpunkt 54 liefert somit die Drehgeschwindigkeit der Plattform relativ zur Erdoberfläche, also die Änderung des Azimutwinkels ^_p(t). Das so erhaltene Signal wird durch einen Integrator 56 integriert. Als An-

_ fangswert wird in den Integrator 56 der Anfangswert des b

Azimutwinkels y_p(0) eingegeben, der von dem Rechner 50 aus den Signalen an den Drehmomenterzeugern 3o und 32 bestimmt wurde. Der Integrator 56 liefert somit den momentanen Azimutwinkel ü/_p (t) als Azimutwinkelsignal.

Ein die ebenfalls bekannte Horizontalkomponente

Si = Si cos φ der Erddrehgeschwindigkeit darstellendes Signal ist auf eine Koordinatentransformationsschaltung 58 geschaltet, auf die als Transformationswinkelsignal ,c das Azimutwinkelsignal ψ_ρ (t) aufgeschaltet ist. Die Koordinatentransformationsschaltung bewirkt eine Koordina-

p
tentransformation C_n aus einem erdfesten Koordinaten-

system mit Ost, Nord und Vertikaler in ein plattform- oder clusterfestes Koordinantensystem. Die Koordinatentrans-2Q formationsschaltung 58 liefert somit an zwei Ausgängen 60 und 62 Signale, welche den Komponenten der besagten Horizontalkomponente Γι in Richtung der ersten bzw. der

c ^Cc
zweiten Achse χ bzw. y entsprechen. Die beiden von der Koordinatentransformationsschaltung 58 an den Ausgängen 60 und 62 gelieferten Signale sind auf den auf der zweiten Eingangsachse 22 des Lagekreisels 18 sitzenden Drehmomenterzeuger 32 bzw. auf den auf der ersten Eingangsachse des Lagekreisels 18 sitzenden Drehmomenterzeuger 30 geschaltet. Der Lagekreisel 18 führt dadurch eine Präzessionsbewegung entsprechend den Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit aus, und über die Abgriffe 26 und 28 und die Stellmotore 38 und 40 wird der Innenrahmen 16 entsprechend nachgeführt. Der Innenrahmen 16 bleibt somit erdfest horizontal.

Auf diese Weise wird eine Grobausrichtung der Plattform nach der Horizontalen erreicht. Der Integrator 56 liefert den Azimutwinkel y (t).

V-r

. Die beschriebene Ausrichtung des Innenrahmens 16 ist eine Grobausrichtung, die noch mit Ausrichtfehlem behaftet ist. Der Innenrahmen 16 ist nicht genau horizontal und der Winkel ψ ist ebenfalls mit einem Fehler behaftet. Die

Verhältnisse sind in Fig. 3 dargestellt. 5

Das clusterfeste Koordinatensystem enthält, wie gesagt, die Koordinatenachsen χ , y und ζ . Ein erdfestes Koordinatensystem wird durch die Koordinatenachsen χ = Nord, y = Ost und ζ = Vertikale (nach unten) bestimmt. Ein "plattformfestes" Koordinatensystem mit den Koordinaten-

PPP
achsen χ , y und ζ entspricht der Lage der ersten und zweiten Achse der Plattform bei ideal genauer Ausrichtung. In diesem Falle wäre die erste Achse und die zweite Achse

P - P ■

_1R genau horizontal, lägen als in Richtung χ bzw. y . P

Die dritte Koordinatenachse würde in Richtung ζ vertikal

R nach unten verlaufen und so mit der Achse ζ des erdfesten

Koordinatensystems zusammenfallen. Die Achse χ = Nord und

die Achse χ würden den vom Ausgang des Integrators 56 2Q angezeigten Winkel ψ-, einschließen. Tatsächlich ist das clusterfeste Koordinatensystem jedoch mit Ausrichtfehlern behaftet, die durch die Fehlerwinkel Θ , Θ und Θ definiert

ρ ρ p^x y ^z

sind. Das Koordinatensystem χ , y , ζ geht in das clusterfeste Koordinatensystem χ , y , ζ über durch folgende

P P
₂c Drehungen: Die Achsen χ und y werden um den Winkel Θ um

■ P P

die Achse ζ verdreht. Die so verdrehte Achse χ wird dann

um den Winkel Θ um die Achse y verschwenkt. Das liefert

C ^

die Achse χ . Und die ebenfalls um den Winkel 0 verdrehte

P c ^ ^z

Achse y wird um die Achse χ um den Winkel Θ verschwenkt.

_c ^x

Das liefert die Achse y .

Bei der Betrachtung von Fig. 2 war angenommen worden, daß der Innenrahmen 1
ausgerichtet ist.

P P P der Innenrahmen 16 nach dem Koordinatensystem χ , y , ζ

Quantitativ ergibt sich für die Anordnung nach Fig. 2 folgendes:

3U1342 j. :"

Für die Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit im plattformfesten P-Koordinatensystem gilt

wobei

(2)

R ie

-4

und C_D Transformationsmatrix für die Transformation eines Vektors aus dem erdfesten Koordinatensystem (R-Koordinatensystem) in das P-Koordinatensystem,

(3)

- s

ist. In der Matrix ist "sin" durch "s" und "cos" abgekürzt durch "c". Damit gilt für die Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit im P-Koordinatensystem:

SL

x, ie

= cos

Pc

- sin ω^ Ii τ ρ α

Λ>, _ie

Um den Lagekreisel 18 zur Stabilisierung der Plattform der Erddrehung nachzuführen, werden Signale entsprechend

Π ■ und Xl . durch die Koordinatentransformationsx, ie y,

schaltung 58 auf die Drehmomenterzeuger 32 bzw. 30 aufgeschaltet.

P

Der Wendekreisel mißt die z-Komponente w ._D der Drehge-

schwindigkeit des P-Koordinatensystems gegenüber dem inertialen Raum:

-ss-~

3H1342 vt

»I, iP = ' Al. Ie⁺ < eP

Darin ist ω _ die ζ-Komponente, der Drehung des P-Koordinatensystems, d.h. des Innenrahmens 16, wenn man von den Ausrichtfehlern absieht, gegenüber der Erde dar. Das ist die Nutzinformation, nämlich die Änderung ψ _p des · Azimutwinkels ψ_ρ. Diese Größe wird durch den Summierpunkt 54 gebildet:

(6) Ui^V _Zi eP = ^wz, iP ⁺ ^s

Ihre Integration durch den Integrator 56 ergibt den Azimutwinkel ψ_ρ (t).

Durch Driften der Kreisel 18 und 52 treten die in Fig. 3 dargestellten Ausrichtfehler mit den Fehlerwinkeln© , Θ Q auf. Infolge dieser Fehlerwinkel werden wiederum noch

unberücksichtigte Komponenten der Erddrehung um die Eingangsachsen der Kreisel 18 und 52 wirksam, was sich ebenfalls auf die Fehlerwinkel Θ , Θ , Θ auswirkt. Die Dynamik der mit diesen Fehlerwinkeln behafteten Plattform ist in Fig.4 dargestellt.

Beispielsweise ergibt sich -der Fehlerwinkel Θ durch Inte-²^ gration der Drift d des Lagekreisels 18 um die Eingangsachse 20, wie durch den Block 64 in Fig. 4 dargestellt ist. Auf die Eingangsachse 20 wirkt aber auch infolge des Fehlerwinkels Θ eine diesem proportionale Komponente der Erddrehgeschwindigkeitskomponente Il , die durch Block 66

^Z

dargestellt ist, sowie, mit dazu entgegengesetztem Vorzeichen, infolge des Fehlerwinkels Θ eine diesem proportionale Komponente der ErddrehgeschwindigkeitskomponenteJ2_v, die durch Block 68 dargestellt ist. In dem dynamischen Modell von Fig. 4 werden diese Komponenten und die Drift d im Summierpunkt 70 summiert und liefern integriert den Fehlerwinkel Q .

Entsprechend sind die Zusammenhänge für die Fehlerwinkel Θ und 0_z.

Durch die Fehlerwinkel Θ und Θ ergibt sich eine schein-

r- bare Beschleunigung Θ .g bzw. Θ .g, wobei g die Erdbeschleu-O_-χ y

nigung und durch die Blöcke 72 und 74 dargestellt ist. Diesen scheinbaren Beschleunigungen überlagern sich noch, wie durch die Summierpunkte 76 bzw. 78 dargestellt ist, die Nullpunktfehler b bzw. b der Beschleunigungsmesser ,Q und 36. Die Integration der Ausgangssignale der Neigungsfühler (Beschleunigungsmesser) 34 und 36, wie sie durch die Blöcke 80 bzw. 82 dargestellt ist, ergibt dann endliche Geschwindigkeitskomponenten ν_χ und ν auch wenn die Plattform 10 tatsächlich in Ruhe ist.

Solche Geschwindigkeitskomponenten ν und ν können, wie in Fig. 5 dargestellt ist, als Meßvektor e auf ein Kaiman-Filter 84 aufgeschaltet werden, welches das Modell von Fig. 4 nachbildet und Schätzwerte Θ , Θ , Θ für die

χ y 2 Fehlerwinkel sowie Schätzwerte für die Geschwindigkeitskomponenten ν , ν liefert, die zu einem Vektor χ zusammen- gefaßt werden können. Diese Schätzwerte Q , Θ , Θ , ν und

λ. γ & λ.

ν werden einem Regelalgorithmus 86 zugeführt, der Stellgrößen U , U und U liefert, welche zu einem Stellvektor U zusammengefaßt werden können. Diese Stellgrößen werden auf die Plattform 10 aufgeschaltet. Die Stellgrößen U und U beaufschlagen dabei die Drehmomenterzeuger 32 bzw. 30, und die Stellgröße U korrigiert das Winkelgeschwindigkeitssignal am Eingang des Integrators 56 (Fig. 2).

Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sie auch bei recht erheblichen Störungen arbeitet. Sie ist jedoch hinsichtlich des Rechneraufwandes ziemlich aufwendig. Das liegt daran, daß das System von Fig. 4 zeitvariant ist, da if> _p(t) nicht konstant ist.

■- 27-3U1342

Eine einfachere Lösung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 10 beschrieben.

Die Plattform 10 wird zwar über Innen- und Außenrahmen horizontal ausgerichtet. Sie wird aber nicht auch noch im Azimut ausgerichtet, wie das bei einer dreiachsigen Plattform der Fall ware. Man kann sich nun eine "virtuelle Plattform" denken, deren Lage sich ergäbe, wenn man die reale Plattform 10 um den Winkel γ/_ρ um die vertikale

P
^z -Achse des P-Koordinatensystems verdreht. Die Achse des durch diese virtuelle Plattform definierten V-Koordinatensystems und ihre Beziehungen zu dem erdfesten R-Koordinatensystem, dem P-Koordinatensystem und dem clusterfesten C-Koordinatensystem sind in Fig. 6 dargestellt. Bei der

(gedachten)Drehung würde die erste Achse X der realen Plattform 10 in die Achse χ der virtuellen Plattform über-

c V

gehen, die zweite Achse y in die Achse y und die zu bei-

c V

den senkrechte Achse ζ in die Achse ζ . Während bei einer Drehung des P-Koordinatensystems um den Azimutwinkel y_p

PPP
die Koordinatenachsen χ , y , ζ mit den Koordinatenachsen

RRR
χ , y , ζ des erdfesten Koordinatensystems zusammenfallen würden, zeigt die virtuelle Plattform Ausrichtfehler gegenüber dem erdfesten Koordinatensystem, die durch die Fehlerwinkel ψ , <fi und (O definiert sind.

Für eine solche "virtuelle Plattform" ergibt sich die in Fig. 7 als Blockdiagramm ähnlich Fig. 4 dargestellte Dynamik, Fig. 7 ergibt sich aus Fig. 4, wenn-ft durch - It , d.h. die negative Vertikalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit und/2. durch Jl , d.h. die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit, ersetzt wird. In diese letztere geht jaIi über, wenn das P-Koordinatensystem in das erdfeste R-Koordinatensystem eingedreht wird. Die Komponente/! verschwindet.

Die Beziehungen in diesem V-Koordinatensystem sind unabhängig von y/p und daher zeitinvariant.

Bei der bevorzugten Ausführungsform werden nun, wie in Fig. 8 dargestellt ist, die von der realen Plattform 10 durch Integration der Beschleunigungsgebersignale (Fig.4)

c c

erhaltenen Geschwindigkeitskomponentensignale ν und ν

χ y durch eine erste Koordinatentransformationsschaltung 84 mit dem bekannten Winkel ψ _p(t) in das Koordinatensystem χ , y , ζ der virtuellen Plattform transformiert, so daß sich die transformierten Geschwindigkeitskomponentensignale ν und ν ergeben. Diese werden auf Reglermittel 86

VVV

]0 gegeben, die Stellsignale U , ü_ , U liefern. Die

ix iy lz

Stellsignale können zu einem Vektor υ_φ im V-Koordinaten-

V system zusammengefaßt werden. Dieser Vektor U_T wird durch eine zweite Koordinatentransformationsschaltung wieder mit dem bekannten Azimutwinkel ψ_ρ (t) in das C-System zurücktransformiert. Die so erhaltenen Stellsignale ϋ_φ ,

cc c

U_ , U₁J, , die zu einem Vektor IL₁ zusammengefaßt werden können, werden auf die reale Plattform 10 aufgeschaltet.

Fig. 9 zeigt, wie die Reglermittel 86 aufgebaut sind und wie sie die "virtuelle Plattform" als Kreiselkompaß betreiben würden.

Fig. 9 zeigt als Blockdiagramm wie Fig. 7 die Dynamik der virtuellen Plattform. Es war davon ausgegangen worden, daß die Plattform im Mittel in Ruhe ist. Wenn trotzdem Geschwindigkeitskomponentensignale ν und ν auftreten, dann müssen diese auf eine Fehlausrichtung zurückzuführen sein, wie im Zusammenhang mit Fig.4 beschrieben wurde. Diese Geschwindigkeitskomponentensignale ν und ν können daher als Regelabweichungssiganle für einen Regiekreis dienen, durch den die virtuelle Plattform automatisch horizontal und nach Nord ausgerichtet würde.

Das ist in Fig. 9 dargestellt.
35

-ÄS-

3H1342

j In Fig. 9 ist das Geschwindigkeitskomponentensignal ν
über einen Regler 88 mit einer übertragungsfunktion
F (s) auf den Summierpunkt 90 am Eingang des eine Integration darstellenden Blocks 92 geschaltet. Das entspricht einer Aufschaltung auf den Drehmomenterzeuger 32 der gedrehten virtuellen Plattform. Das Geschwindigkeitskomponentensignal ν ist über einen Regler 94 mit einer übertragungsfunktion F (s) auf den Summierpunkt 94 am Eingang des ebenfalls eine Integration darstellenden Blocks geschaltet. Das entspricht einer Aufschaltung auf den

Drehmomenterzeuger 30 der gedrehten virtuellen Plattform. Durch diese Regelvorgänge würde die virtuelle Plattform horizontiert.

2g Bei einer Abweichung der χ -Achse von Nord, d.h. einem
endlichen Fehlerwinkel^f , liegt jedoch immer ein Signal φ Il am Summierpunkt 94. Es wirkt immer einer Komponente

/ZC

der Horizontalkomponente der Erddrehung in Richtung der χ -Achse. Dadurch läuft die Plattform aus der Horizontalen weg. Der Fehlerwinkel <f vergrößert sich. Das bewirkt ein Signal ψ g des Beschleunigungsmessers 36 (wie durch Block 98 angedeutet), der über die Integration gemäß Block 100 weiterhin ein Geschwindigkeitskomponentensignal ν liefert.

V
Dieses Geschwindigkeitskomponentensignal ν wird daher über einen Regler 102 mit negativem Vorzeichen auf einen Summier-Punkt 104 gegeben, über eine Integration gemäß Block 106 den Fehlerwinkel (p liefert. Das Stellsignal U„ sucht

» Z XZ

diesen Fehlerwinkel (p_z zu null zu machen. Der Regler 102 hat eine übertragungsfunktion F (s).

Es würde somit durch die drei Regler 88,94 und 102 die
virtuelle Plattform horizontiert und mit ihrer ersten
Achse χ nach Nord ausgerichtet gehalten. Dabei würde es sich um eine Feinausrichtung der virtuellen Plattform

handeln.

3U1342

Tatsächlich existiert jedoch die virtuelle Plattform nicht. Es ist daher eine zweite Koordinatentransformationsschaltung 108 vorgesehen, welche den Vektor U™ der Stellsignale in einen auf das clusterfeste Koordinatensystem bezogenen Vektor IJ_ von Stellsignalen

(7) Uj =

^üTx

c
Ty

transformiert (Fig. 8). Die so erhaltenen Stellsignale werden auf die reale Plattform 10 aufgeschaltet.

Das ist im einzelnen in Fig. 10 dargestellt. 15

Die von den als Beschleunigungsmesser ausgebildeten ersten und zweiten Neigungsfühler 34 bzw. 36 gelieferten Signale werden auf einen ersten bzw. zweiten Integrator 110 bzw. 112 geschaltet. Der erste Integrator 110 liefert ein Gec

schwindigkeitskomponentensignal v_y(t), welches eine Geschwindigkeit längs der zweiten Achse y darstellt. Der zweite Integrator 112 liefert ein Geschwindigkeitssignal ν (t),

^x _c welches eine Geschwindigkeit längs der ersten Achse χ darstellt. Die beiden Geschwindigkeitssignale ν (t) und ν (t) sind auf die erste Koordinatentransformationsschaltung 84 aufgeschaltet. Dieser wird das Azimutwinkelsignal von Integrator 56 als Transformationswinkelsignal zugeführt. Sie bewirkt eine Transformation der Geschwindigkeitskomponentensignale aus dem clusterfesten Koordinaten-

ccc

system χ , y ,· ζ in das V-Koordinatensystem der "virtuellen Plattform", das durch Verdrehung der ersten und zwei-

c c

ten Achse χ , y um den Azimutwinkel ψ_ρ entsteht, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert wurde. Die Koordinatentransformationsschaltung 84 liefert transformierte Ge-V y

schwindigkeitskomponentensignale ν (t) und ν (t). Diese

transformierten Geschwindigkeitskomponentensignale ν (t),

V ^x

ν (t) werden (wie in Fig. 9) als Regelabweichungssignale auf Regler geschaltet. Das transformierte Geschwindigkeitskomponentensignal ν (t) ist auf einen Regler 114 mit einer übertragungsfunktion F (s) geschaltet. Der Regler liefert ein Stellsignal υ_φ . Das Geschwindigkeitskomponenten-

V
signal ν (t) ist weiterhin auf einen Regler 116 mit einer übertragungsfunktion F (s) geschaltet. Der Regler 116 liefert

V
ein Stellsignal U_n-, . Das Geschwindigkeitskomponentensignal

V
ν (t) ist auf einen Regler 118 mit einer übertragungsfunktion F (s) geschaltet. Von dem Ausgangssignal des Reglers 118 wird in einem Summierpunkt 120 die Horizontalkomponente fl der Erddrehgeschwindigkeit subtrahiert. Es wird so ein Stellsignal ϋ_φ gebildet. Durch die Stellsignale ϋ_φ , U und U ^V würde die "virtuelle Plattform", wie in Fig. 9

X Z

erläutert, horizontal und nach Nord feinausgerichtet. Diese Stellsignale ϋ_φ , ϋ_φ und ϋ_φ sind auf die zweite Koordinatentransformationsschaltung 108 aufgeschaltet. Der zweiten Koordinatentransformationsschaltung 108 wird als Transformationswinkelsignal ebenfalls das Azimutwinkelsignal y_(t) von dem Integrator 56 zugeführt. Die zweite Koordinatentransformationsschaltung 108 bewirkt eine Rücktransformation der Stellsignale in das clusterfeste Koordinatensystem und liefert rücktransformierte Stellsig-

O f% C C C C

^/D nale ϋ_φ , ϋ_φ und U , die auf das von der ersten Achse χ ,

Ά. Λ. X \" X Z

der zweiten Achse y und der dazu senkrechten Azimutachse ζ gebildete Koordinatensystem bezogen sind. Ein erstes dieser Stellsignale ϋ_φ° ist auf den um die zweite Eingangsachse des Lagekreisels 18 wirksamen Drehmomenterzeuger 32 geschal- ^ tet. Ein zweites dieser Stellsignale U ist auf den um die erste Eingangsachse 20 des Lagekreisels 18 wirksamen Drehmomenterzeuger 30 geschaltet. Ein drittes Stellsignal U_ ist mit negativem Vorzeichen auf den Summierpunkt

54 zwischen Wendekreisel 52 und Integrator 56 geschaltet. 35

Quantitativ ergibt sich folgendes:

Wenn man zunächst die Ausrichtfehler vernachlässigt (die ja durch die Regelung schließlich zu null gemacht werden), dann kann man sagen, daß das V-Koordinatensystem der virtuellen Plattform aus dem clusterfesten C-Koordinatensystem durch Verdrehung um die z^c-Achse um den Winkel ψ entsteht. Die Transformationsmatrix C für die Transformation eines

Vektors aus dem C-Koordinatensystem in das V-Koordinatensystem wird dann

(8)

O O

wobei wieder "sin" abgekürzt ist durch "s" "c". Infolge der Ausrichtfehler fällt das V-Koordinatensystem nicht genau mit dem R-Koordinatensystern zusammen. Die Transformationsmatrix für den übergang von dem erdfesten R-Koordinatensystem zum V-Koordinatensystem der virtuellen Plattform ist

(9)

ψ /ζ

Wenn die reale Plattform 10, wie beschrieben, durch die Signale

(10)

Tx Ty

Jl-

an den Drehmomenterzeugern 30 und 32 erdfest gehalten wird, dann würde mit der Transformation gemäß Gleichung (8)

(11)

Im Idealfall ist

(12)

V
-T

[¹X

ν/

P Ty

P Ty

Wegen der Ausrichtfehler treten jedoch um die Achsen der virtuellen Plattform folgende Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit auf

ie

Durch die Nachführsignale gemäß Gleichung (11) werden in Gleichung (13) die von den Ausrichtfehlern unabhängigen Nominalkomponenten der Erddrehgeschwindigkeit in ihrer Wirkung auf die Änderung der Ausricht fehler ausgeschaltet. Damit verbleiben für die Änderungen der Fehlerwinkel ψ , und (p_ folgende Beziehungen:

(O SS-(O

Tx Ty s

Gleichung (13) gibt die Drehgeschwindigkeit der Erde im V-Koordinatensystem an, d.h. die Drehgeschwindigkeit, mit der sich die Erde unter der stabilisierten virtuellen

20 25 30

Plattform wegdreht. Die Änderungen der Fehlerwinkel ψ , ώ , ψ sind daher gleich den negativen, nicht-kompensierten Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit im V-Koordinatensystem. Die Gleichung (14) sind dem Blockdiagramm von Fig. 7 zugrundegelegt.

Die erste Koordinatentransformationsschaltung 84 transformiert den Geschwindigkeitsvektor ν in das V-Koordinatensystem mit der Transformationsmatrix von Gleichung (8):

c Vp V_x - s v/p v^c"

ν =

c P ^Vx

Die Rücktransformation durch die zweite Koordinatentransformationsscha]tung 108 erfolgt mit einer Transformationsmatrix C.,, die sich auch Gleichung (8) ergibt, wenn

durch -

ersetzt wird.

35

, SV

Leerseite

Claims (3)

Patentansprüche

1., Kurs-Lage-Referenzgerät mit zweiachsiger Plattform (10) enthaltend:

(a) einen Außenrahmen (12) , der um eine erste Schwenkachse (13) schwenkbar in einem Träger (14) gelagert ist

(b) einen Innenrahmen (16) (Cluster), der um eine zu der ersten Schwenkachse &13) senkrechte zweite Schwenkachse (17) schwenkbar in dem Außenrahmen (12) gelagert ist und der ein Koordinatensystem mit einer ersten Achse (x ), einer dazu senkrechten, mit der zweiten Schwenkachse (17) zusammenfallenden zweiten Achse (y ) und einer

zu diesen beiden Achsen senkrechten dritten Achse (z ) festgelegt,

(c) einen auf dem Innenrahmen (16) angeordneten zwei achsigen Lagekreisel (18),

(c.) dessen erste Eingangsachse (20) parallel zu der ersten Achse (x^C) und

(c₂) dessen zweite Eingangsachse (22) parallel

zu der zweiten Achse (y ) ist, und der

(C₃) einen ersten Abgriff (26) auf der ersten Eingangsachse (20) sowie

(c.) einen zweiten Abgriff (28) auf der zweiten Eingangsachse (22) und

3U1342

(Cr) einen ersten Drehmomenterzeuger (30) auf der

ersten Eingangsachse (20) und

(c_fi) einen zweiten Drehmomenterzeuger (32) auf der zweiten Eingangsachse (22) aufweist,

(d) einen auf dem Innenrahmen (16) angeordneten ersten Neigungsfühler (34), der auf eine Neigung des Innenrahmens (16) gegen die Horizontale um die erste Achse (x ) anspricht,

(e) einen auf dem Innenrahmen (16) angeordneten zweiten Neigungsfühler (36), der auf eine Neigung des Innenrahmens (16) gegen die Horizontale um die zweite Achse (y ) anspricht,

(f) einen an dem Träger (14) sitzenden, um die erste Schwenkachse (13) auf den Außenrahmen (12) wirkender ersten Stellmotor (38) und

(g) einen an dem Außenrahmen (12) sitzenden, um die zweite Schwenkachse (17) auf den Innenrahmen (16) wirkenden zweiten Stellmotor (40),

bei welchem

(h) das Abgriffsignal des ersten Abgriffs (26) des

Lagekreisels (18) verstärkt auf den ersten Stellmotor (38) aufgeschaltet ist, 30

(i) das Abgriffsignal des zweiten Abgriffs (28) des

Lagekreisels (18) verstärkt auf den zweiten Stellmotor (40) aufgeschaltet ist,

(j) das Signal des ersten Neigungsfühlers (34) auf den um die zweite Eingangsachse (22) des Lagekreisels (18) wirksamen Drehmomenterzeuger (32) und

3U1342

(k) das Signal des zweiten Neigungsfühlers (36) auf den um die erste Eingangsachse (20) des Lagekreisels (18) wirksamen Drehmomenterzeuger (30) aufschaltbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(1) auf dem Innenrahmen (10) ein Wendekreisel (52)

•tr

angeordnet ist, dessen Eingangsachse (y ) senkc c recht zu der ersten und zweiten Achse (x , y )

verläuft,

(m) die auf die Drehmomenterzeuger (3O_f32) des Lagekreisels (18) zur Horizontierung des Innenrahmens

(16) aufgeschalteten Beschleunigungsmessersig

nale nach Erreichen des stationären Zustands auf einen Rechner (50) zur Bildung eines Signals aufschaltbar sind, welches den Anfangswert des Azimutwinkels (y_p(0)) zwischen der ersten Achse

(x^c) und Nord darstellt,

(n) in einem Summierpunkt (54)

(n..) ein die inertiale Drehgeschwindigkeit des Innenrahmens (16) um die zu der ersten und

c c der zweiten Achse (x bzw. y ) senkrechte

Azimutachse (z ) darstellendes Signal und (n„) ein die Vertikalkomponente (fl ) der Erd-

qr> ^S

drehgeschwindigkeit darstellendes Signal addiert werden,

(o) ein Integrator (56) vorgesehen ist, 35

3H1342 - :

auf den das in dem Summierpunkt (54) gebildete Summensignal aufgeschaltet ist und

(o~) in den als Anfangswert der Anfangswinkel

(^ (O)) zwischen der ersten Achse (x ) und Nord eingegeben wird und

(oO der ein den momentanen Winkel ( ψ (t)) zwischen der ersten Achse (x ) und Nord wiedergebendes Azimutsignal liefert,

(p) eine Koordinatentransformationsschaltung (58) vorgesehen ist,

(P₁) auf welche als Transformationswinkelsignal

das Azimutsignal (y (t)) aufgeschaltet ist,

(p₂) welche ein die Horizontalkomponente (/2 ) der Erddrehgeschwindigkeit darstellendes Signal erhält und

(p_) welche zwei Signale ( to , U) ) liefert, die den beiden Komponenten der besagten Horizontalkomponente in Richtung der ersten bzw. der zweiten Achse (x bzw. y ) ent

sprechen, und

(q) die beiden von der Koordinatentransformationsschaltung (58) gelieferten Signale auf den auf der ^O zweiten Eingangsachse (22) des Lagekreisels (18)

sitzenden Drehmomenterzeuger (32) bzw. den auf der ersten Eingangsachse (2O) des Lagekreisel (18) sitzenden Drehmomenterzeuger (30) geschaltet

sind.
35

2. Kurs-Lage-Referenzgerät nach Anspruch 1, für einen im Mittel stillstehenden Träger (14), dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der erste und der zweite Neigungsfühler (34,36) Beschleunigungsmesser sind, deren Empfindlichkeitsachsen parallel zu der zweiten bzw. der

c c
ersten Achse (y bzw. χ ) verlaufen,

(b) ein erster Integrator (11o) und ein zweiter Integrator (112) vorgesehen sind,

(b₁) auf welche die Signale des ersten bzw. des zweiten Neigungsfühlers (34 bzw. 36) aufgeschaltet sind und

(b„) welche Geschwindigkeitskomponetensignale

(v^C(t), v^c(t))liefern, die Geschwindigkeiten

y ^

längs der zweiten bzw. der ersten Achse (y^C, x^C) darstellen,

(c) eine erste Koordinatentransformationsschaltung (84) vorgesehen ist,

^5 (C₁) auf welche die Geschwindigkeitskomponenten

signale (v^C(t), V^C(t)) aufgeschaltet sind und

(Cj) welcher als Transformationswinkelsignal das

Azimutsignal (ψ _p(t)) zugeführt wird und

(c.,) welche transformierte Geschwindigkeits-

VV komponentensignale (v (t), ν (t)) liefert

in einem Koordinatensystem, das durch Ver-

drehung der ersten und der zweiten Achse

cc
(x , y ) um den Azimutwinkel (.ψ _p(t))

3H1342

entsteht, so daß die verdrehte Achse (x ) im

wesentlichen in Nordrichtung zeigt, und einer so ausgerichteten, dreiachsigen "virtuellen Plattform" entspricht,

(d) Regelermittel (86) vorgesehen sind,

(d₁) auf welche die transformierten Geschwindig-

VV

keitssignale (ν , ν ) als Regelabweichungsx y

signale aufgeschaltet sind und

(d„) welche Stellsignale (ϋ_φ , U , U) liefern,

t* J- Jt JL V X /->

durch welche die "virtuelle Plattform" horizontal und nach Nord feinausgerichtet wäre,

(e) eine zweite Koordinatentransformationsschaltung (108) vorgesehen ist,

(e., ) auf welche die Stellsignale (U^, U^, U^)

aufgeschaltet sind,

(e„) welcher als Transformationswinkelsignal das

Azimutsignal (ψ _p(t)) zugeführt wird und 25

(e₃)· welche rücktransformierte Stellsignale

liefert, die auf das von der ersten, der

c c
zweiten Achse (x , y ) und der dazu senk-

rechten Azimutachse (z ) gebildete Koordinatensystem bezogen ist,

(f) ein erstes dieser Stellsignale (U„ } auf den um die zweite Eingangsachse (22) des Lagekreisels (18) wirksamen Drehmomenterzeuger (32) geschaltet ist,

3U1342

(g) ein zweites dieser Stellsignale (U™⁰) auf den um die erste Eingangsachse (20) des Lagekreisels (18) wirksamen Drehmomenterzeuger (30) geschaltet ist und
5

(h) ein drittes dieser Stellsignale (U„^C) mit ne-

J. Z

gativem Vorzeichen auf den Summierpunkt (54) zwischen Wendekreisel (52) und Integrator (56)

geschaltet ist.
10

3. Kurs-Lage-Referenzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Regelmittel (86)
15

(a..) auf den ein erstes transformiertes

V Geschwindigkeitskomponentensignal (v (t))

als Regelabweichungssignal aufschaltbar

ist und
20

(a-2) dessen Stellsignal (U_T ) als zu transformierendes Signal auf die zweite Koordinatentransformationsschaltung (108) aufschaltbar ist,

(a₂) einen zweiten Regler (118),

(a_o1) auf den ein zweites transformier-

30 ²¹

tes Geschwindigkeitskomponentensignal (ν (t)) als Regelabweichung signal aufschaltbar ist und

dessen Stellsignal auf die zweite Koordinatentransformationsschaltung (10) aufschaltbar ist, und

35 ^i£

Koordinatentransformationsschal-

" 3H1342

(aJ einen dritten Regler

(a,..) auf den das erste transformierte

V Geschwindigkeitssignal (v (t))

als Regelabweichungssignal aufschaltbar ist und

(a,.«) der das dritte rücktransformierte Stellsignal (U_, = IL₁ ) liefert, ^und

(b) zwischen dem zweiten Regler (118) und der zweiten Koordinatentransformationsschaltung (108) ein Summierpunkt (120) zur Bildung des zu transformierenden Signals gebildet ist, in welche,

von dem Stellsignal des zweiten Reglers (118) die Horizontalkomponente (Jl ) der Erddrehgeschwindigkeit subtrahiert wird.