DE3337715A1

DE3337715A1 - Heading-attitude reference apparatus

Info

Publication number: DE3337715A1
Application number: DE19833337715
Authority: DE
Inventors: Uwe 7770 Überlingen Krogmann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1983-10-18
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1985-04-25
Also published as: DE3337715C2

Abstract

A heading-attitude reference apparatus having an attitude gyro (10) arranged on an inner frame (32) is intended to be pre-aligned to the north using the spin axis of the attitude gyro (10). Fine alignment can then take place using a modified gyrocompassing method. For this purpose, an actuating signal Uy<c>, which is passed from an alignment regulator (110) to a torque generator of the attitude gyro (10), which torque generator acts about a vertical axis (y), in the balance state, as a function of the signal of an attitude sensor (42), is picked off in the case of two angular positions which are offset with respect to one another through a fixed angle ( delta ), and is supplied to a computer. The computer uses this information to determine the angle between the spin axis and north. The azimuth frame (36) and the inner frame (32) with the attitude gyro (10) are rotated through this angle. <IMAGE>

Description

Kurs-Lage-Referenzgerät Course-attitude reference device

Die Erfindung betrifft ein Kurs-Lage-Referenzgerät, bei welchem (a) ein zweiachsiger Lagekreisel mit einer im wesentlichen horizontalen Drallachse sowie Lageabgriffen und Drehmomenterzeugern auf den Eingangsachsen auf einem Innenrahmen angeordnet ist, (b) der Innenrahmen um wenigstens zwei Achsen kardanisch gelagert und durch Stellmotore, welche von den Lageabgriffen gesteuert sind, zur Vertikalen und im Azimut ausrichtbar ist, (c) Lagefühler auf dem Innenrahmen angeordnet und zur Horizontalausrichtung des Lagekreisels mit den Drehmomenterzeugern verbunden sind, (d) wobei bei Vorhandensein eines Winkels zwischen der Drallachse des Lagekreisels und Nord eine laufende Auslenkung des Lagekreisels und eine dementsprechende Neigung des Innenrahmens erfolgt, auf welche ein Neigungsfühler anspricht, (e) das Signal dieses Neigungsfühlers auf einen Ausrichtregler geschaltet ist, dessen Ausgangssignal als Stellsignal auf einen Drehmomenterzeuger des Lagekreisels geschaltet ist, das eine Auslenkung des Lagekreisels bewirkt, so daß über den entsprechenden Lageabgriff und den davon gesteuerten, im Azimut wirksamen Stellmotor eine Ausrichtung der Drallachse nach Nord bewirkt wird.The invention relates to a course / position reference device in which (a) a two-axis attitude gyro with an essentially horizontal spin axis as well Position taps and torque generators on the input axes on an inner frame is arranged, (b) the inner frame gimbaled about at least two axes and through servomotors, which are controlled by the position taps, to the vertical and is orientable in azimuth, (c) position sensor arranged on the inner frame and connected to the torque generators for the horizontal alignment of the position gyro are, (d) where there is an angle between the spin axis of the attitude gyro and north one ongoing deflection of the position gyro and a corresponding one Inclination of the inner frame takes place, to which an inclination sensor responds, (e) that Signal of this inclination sensor is switched to an alignment controller, the output signal of which is switched as a control signal to a torque generator of the position gyro that causes a deflection of the position gyro, so that the corresponding position tap and the servomotor, which is controlled by it and is effective in azimuth, aligns the twist axis to the north is effected.

Ein solches Kurs-Lage Referenzgerät ist bekannt durch die EP-A 1 48 212.Such a course / position reference device is known from EP-A 1 48 212.

Bei diesem bekannten Gerät wird die Drallachse des Lagekreisels durch Kreiselkompasswirkung nach Nord ausgerichtet. Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der dort beschriebenen Anordnung mit linearem Regelkreis für die Ausrichtung ist jedoch, daß die Drallachse schon annähernd nach Nord vorausgerichtet ist. Die EP-A 1 48 212 läßt offen, wie diese Vorausrichtung erfolgt.In this known device, the spin axis of the position gyro is through Gyrocompass effect oriented to the north. Requirement for a flawless Function of the arrangement described there with a linear control loop for the alignment it is, however, that the twist axis is already approximately facing north. the EP-A 1 48 212 leaves open how this pre-alignment is carried out.

In der EP-A 1 48 212 ist ein Kurs-Lage-Referenzgerät mit Kreisel beschrieben, bei welchem der mechanische und der Signaverarbeitungsaufwand in einem optimalen Verhältnis zueinander stehen und welches daher einen Mittelweg zwischen einer üblichen, mechanischen relativ aufwendigen Dreiachsplattform und einer hinsichtlich des Signalaufwands relativ aufwendigen "Strap-Down" Ausführung sucht. Es ist daher dort eine Zweirahmenanordnung mit einem Innenrahmen und einem Azimutrahmen vorgesehen. Das Kurs-Lage-Referenzgerät der EP-A 1 48 212 enthält einen zweiachsigen Lagekreisel mit im wesentlichen horizontaler Drallachse auf dem Innenrahmen. Der Innenrahmen ist um eine zur ersten Eingangsachse des Lagekreisels parallele Schwenkachse drehbar in einem Azimutrahmen gelagert. Zwei Lagefühler oder Neigungssensoren sitzen auf dem Innenrahmen und zwei andere Lagefühler oder Neigungssensoren sind gehäusefest angeordnet. Ein Winkelgeber auf der Azimutachse liefert ein Azimutsignal. Durch Stellmotore, die von Abgriffen des Lagekreisels gesteuert sind, ist der Innenrahmen um zwei Achsen von den Bewegungen des Trägers entkoppelt. Die Bewegung um die dritte Achse wird durch einen ersten Lage fühler oder Neigung sensor gemessen und im Rechner berücksichtigt. Signale zur Kompensation der Vertikalkomponente der Erddrehung sind auf Drehmomenterzeuger geschaltet, die um die.Eingangsachsen auf den Lagekreisel wirken.In EP-A 1 48 212 a course-position reference device with a gyro is described, at which the mechanical and the signal processing effort in an optimal Are related to each other and which is therefore a middle ground between a usual, mechanical, relatively complex three-axis platform and one in terms of signal expenditure looks for a relatively complex "strap-down" design. So there is one there Two-frame arrangement provided with an inner frame and an azimuth frame. The course-attitude reference device EP-A 1 48 212 contains a two-axis position gyro with an essentially horizontal Twist axis on the inner frame. The inner frame is around a first input axis the position gyro parallel pivot axis rotatably mounted in an azimuth frame. Two position sensors or inclination sensors sit on the inner frame and two others Position sensors or inclination sensors are fixed to the housing. An angle encoder on the azimuth axis provides an azimuth signal. By means of servomotors, which are taken from the Attitude gyro controlled, the inner frame is about two axes of the movements the carrier decoupled. The movement around the third axis is through a first Position sensor or inclination sensor measured and taken into account in the computer. Signals to compensate for the vertical component of the earth's rotation are on torque generators that act on the position gyro around the input axes.

Durch Aufschalten des Signals des zweiten Lage fühlers oder Neigungssensors über Ausrichtregler-auf die Drehmomenterzeuger auf den Eingangs achsen des Lagekreisels erfolgt die Horizontierung des zweiten Neigungssensors und gleichzeitig ein Eindrehen der Kreiseldrallachse in die Nordrichtung.By activating the signal from the second position sensor or inclination sensor Via the alignment controller on the torque generator on the input axes of the position gyro the second inclination sensor is leveled and turned in at the same time the centrifugal axis in the north direction.

Das Problem der Vorausrichtung bei Kreiselkompaßbetrieb und linearen Regelkreisen tritt aber auch bei einer Dreiachsplattform auf. Die Erfindung umfaßt daher auch die Anwendung bei einer Dreiachsplattform.The problem of pre-alignment in gyrocompass operation and linear Control loops also occur with a three-axis platform. The invention includes hence the application on a three-axis platform.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Kurs-Lage-Referenzgerät der eingangs definierten Art unter Ausnutzung vorhandener Bauteile eine Vorausrichtung der Kreiseldrallachse nach Nord vorzunehmen.The invention is based on the object of a course / position reference device A pre-alignment of the type defined at the beginning using existing components the gyro axis to the north.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch (f) eine Einrichtung zum Speichern des im Gleichgewichtszustand erhaltenen Stellsignals (Uyc (α1)), (g) eine Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung mit dem Innenrahmen im Azimut um einen festen Winkel ( ) nach dem Speichern des besagten Stellsignals (UyC ( (h) eine Einrichtung zum Abgreifen des dann im Gleichgewichtszustand erhaltenen Stellsignals (Uyc(α2)), (i) einen Rechner (Fig. 4), dem die beiden Stellsignale vUy(X1) UyC(a2)) zugeführt werden, zur Bestimmung des dann vorhandenen Winkels (+2) zwischen Drallachse (H) und Nord und (j) eine Einrichtung zur Verdrehung der Anordnung um eine Azimutachse um den von dem Rechner ermittelten Winkel (#2), so daß die Drallachse wenigstens näherungsweise nach Nord ausgerichtet ist.According to the invention, this object is achieved by (f) a device for storing the control signal obtained in the equilibrium state (Uyc (α1)), (g) means for rotating the assembly with the inner frame in azimuth a fixed angle () after storing the said control signal (UyC ((h) a device for tapping off the control signal then obtained in the equilibrium state (Uyc (α2)), (i) a computer (Fig. 4) to which the two control signals vUy (X1) UyC (a2)) are supplied to determine the then existing angle (+2) between Twist axis (H) and north and (j) a device for rotating the arrangement an azimuth axis around the angle (# 2) determined by the computer, so that the twist axis is at least approximately aligned to the north.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Refinements of the invention are the subject of the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch-perspektivisch den Aufbau eines Kurs-Lage-Referenzgerätes mit Grobausrichtung der Drallachse des Lagekreisels nach Nord.An embodiment of the invention is hereinafter referred to explained in more detail on the accompanying drawings: Fig. 1 shows a schematic perspective the construction of a course-position reference device with rough alignment of the twist axis of the Location gyro to the north.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des zweiachsigen Lagekreisels. Fig. 2 is a schematic representation of the two-axis attitude gyro.

Fig. 3 veranschaulicht die verschiedenen Winkel bei der Grobausrichtung des Kurs-Lage-Referenzgerätes von Fig. 1. Fig. 3 illustrates the various angles in the rough alignment of the course / attitude reference device from FIG. 1.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht die Signalverarbeitung bei der Grobausrichtung des Kurs-Lage-Referenzgeräts. Figure 4 is a block diagram illustrating signal processing for the rough alignment of the course / position reference device.

Das Kurs-Lage-Referenzgerät enthält einen zweiachsigen Lagekreisel 10, der in Fig. 2 in seiner Funktion schematisch dargestellt ist. Der Lagekreisel enthält ein Gehäuse 12, das dem in Fig. 1 sichtbaren Gehäuse 12 entspricht. In dem Gehäuse 12 ist ein Rahmen 14 um eine Achse 16 drehbar gelagert. In dem Rahmen 16 ist der Kreisel 18 um eine Achse 20, die senkrecht zur Achse 16 liegt, drehbar gelagert. Der Kreisel rotiert um eine Achse 22 (Drallachse), die senkrecht zu der Achse 20 verläuft. Der Drallvektor ist mit H bezeichnet. Auf der Achse 16, welche eine erste Eingangsachse des zweiachsigen Lagekreisels darstellt, sitzt ein erster Lageabgriff 24. Auf der Achse 20, die eine zweite Eingangsachse des zweiachsigen Lagekreisels 10 darstellt, sitzt ein zweiter Lageabgriff 26. Weiterhin sitzt auf der ersten Eingansachse 16 ein erster Drehmomenterzeuger 28, und auf der zweiten Eingangsachse 20 sitzt ein zweiter Drehmomenterzeuger 30. Der Kreisel definiert in der dargestellten Lage ein Koordinatensystem, dessen x- und y-Achse längs der Eingangsachsen 16 bzw. 20 verläuft. Die z-Achse verläuft senkrecht zu der x- und y-Achse, und der Drallvektor H des Kreisels 18 ist längs der z-Achse gerichtet.The course-attitude reference device contains a two-axis attitude gyro 10, which is shown schematically in Fig. 2 in its function. The gyro contains a housing 12 which corresponds to the housing 12 visible in FIG. 1. By doing Housing 12, a frame 14 is mounted rotatably about an axis 16. In the frame 16 the gyro 18 is rotatably mounted about an axis 20 which is perpendicular to the axis 16. The gyro rotates about an axis 22 (spin axis) which is perpendicular to axis 20 runs. The twist vector is denoted by H. On the axis 16, which is a first Representing the input axis of the two-axis position gyro, sits a first position tap 24. On the axis 20, which is a second input axis of the two-axis position gyro 10 shows a second position tap 26 is seated. Furthermore, it is seated on the first input axis 16 a first torque generator 28, and is seated on the second input axis 20 a second torque generator 30. The gyro defines in the position shown a coordinate system, the x and y axes of which are along the input axes 16 and 20, respectively runs. The z-axis runs perpendicular to the x- and y-axes, and the twist vector H of the gyro 18 is directed along the z-axis.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 12 so angeordnet, daß der Drallvektor H im wesentlichen horizontal liegt. Fig. 1 zeigt auch die Koordinatenachsen x,y und z von Fig. 2.In Fig. 1, the housing 12 is arranged so that the swirl vector H is essentially horizontal. Fig. 1 also shows the coordinate axes x, y and z of FIG. 2.

Das Gehäuse 12 des Lagekreisels 10 ist mit im wesentlichen horizontaler Drallachse H und im wesentlichen horizontaler erster Eingangsachse 16 (x-Achse) auf einem Innenrahmen 32 angeordnet. Der Innenrahmen 32 ist um eine zu der ersten Eingangsachse 16 parallele Schwenkachse 34 drehbar in einem Azimutrahmen 36 gelagert. Der Azimutrahmen 36 ist seinerseits um eine gerätefeste im wesentlichen vertikale Azimutachse 38 drehbar gelagert.The housing 12 of the position gyro 10 is essentially horizontal Twist axis H and essentially horizontal first input axis 16 (x-axis) arranged on an inner frame 32. The inner frame 32 is around one of the first Input axis 16 parallel pivot axis 34 rotatably mounted in an azimuth frame 36. The azimuth frame 36 is in turn substantially vertical about a fixed device Azimuth axis 38 rotatably mounted.

Auf dem Innenrahmen 32 ist ein erster Lagefühler 40 angeordnet, der auf eine Verschwenkung des Innenrahmens gegen die Horizontale um eine zur Schwenkachse 34 des Innenrahmens 32 und zu der Azimutachse 38 senkrechte Achse anspricht. Der Lagefühler 40 kann beispielsweise ein Beschleunigungsmesser sein, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zu der Schwenkachse 34 verläuft. Auf dem Innenrahmen 32 ist ein zweiter Lagefühler 42 angeordnet, der auf eine Verschwenkung des Innenrahmens 32 gegen die Horizontale um die Schwenkachse 34 des Innenrahmens 32 anspricht. Auch dieser Lagefühler kann ein Beschleunigungsmesser sein, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur z-Achse des Kreisels verläuft.A first position sensor 40 is arranged on the inner frame 32, the to a pivoting of the inner frame against the horizontal about a pivot axis 34 of the inner frame 32 and to the azimuth axis 38 is perpendicular axis. Of the Position sensor 40 can, for example, be an accelerometer, the sensitivity axis of which runs parallel to the pivot axis 34. On the inner frame 32 is a second one Position sensor 42 arranged, the pivoting of the inner frame 32 against the Horizontal around the pivot axis 34 of the inner frame 32 responds. This position sensor too can be an accelerometer whose sensitivity axis is parallel to the z-axis of the roundabout.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, definiert der Innenrahmen 32 ein Koordinatensystem mit x Achse, einer y -Achse und einer zC-Achse. Die yC-Achse verläuft parallel zu der Schwenkachse 34, die xC-Achse verläuft senkrecht c dazu im wesentlichen horizontal, und die z -Achse verläuft senkrecht zu den anderen beiden Achsen nach unten.As shown in FIG. 1, the inner frame 32 defines a coordinate system with an x axis, a y axis and a zC axis. The yC axis runs parallel to the pivot axis 34, the xC-axis runs perpendicular c to it, essentially horizontal, and the z -axis is perpendicular to the other two axes downwards.

In der dargestellten Ausgangslage ist der Kreisel 10 mit der z-Achse parallel zur xC-Achse orientiert.The top 10 is in the starting position shown with the z-axis is oriented parallel to the xC-axis.

Ein dritter und vierter Lagefühler 44 bzw. 46 sind gehäusefest angeordnet und sprechen auf Schwenkungen des Gehäuses 48 um zueinander und zu der Azimutachse 38 senkrechte Achsen an.A third and fourth position sensor 44 and 46 are fixed to the housing and respond to pivoting of housing 48 about one another and about the azimuth axis 38 vertical axes.

Das Gehäuse 48 definiert wieder ein Koordinatensystem mit einer xG-Achse, yG-Achse und einer zG-Achse. Die zG-Achse ist dabei parallel zu der Azimutachse 38.The housing 48 again defines a coordinate system with an xG axis, yG axis and a zG axis. The zG axis is parallel to the azimuth axis 38.

Die Lagefühler 44 und 46 sind so angeordnet, daß der G Lagefühler 44 auf eine Verschwenkung um die y -Achse und der Lagefühler 46 auf eine Verschwenkung um die xG-Achse anspricht. Es kann sich dabei um Beschleunigungsmesser handeln, deren Empfindlichkeitsachsen parallel zu der xGAchse bzw. der yG-Achse verlaufen.The position sensors 44 and 46 are arranged so that the G position sensor 44 to pivoting about the y axis and the position sensor 46 to pivoting responds to the xG axis. These can be accelerometers, whose axes of sensitivity run parallel to the xG axis or the yG axis.

Auf der Schwenkachse 34 des Innenrahmens 32 ist ein erster Servomotor 50 angeordnet, durch welchen der Innenrahmen 32 gegenüber dem Azimutrahmen 36 verdrehbar ist. Auf der Azimutachse 38 ist ein zweiter Servomotor 52 angeordnet, durch welchen der Azimutrahmen gegenüber dem Gehäuse 48 verdrehbar ist. Auf der Azimutachse 38 ist weiterhin ein Azimut-Winkelgeber 54 angeordnet.A first servomotor is located on the pivot axis 34 of the inner frame 32 50 arranged, by means of which the inner frame 32 can be rotated relative to the azimuth frame 36 is. A second servomotor 52 is arranged on the azimuth axis 38, through which the azimuth frame is rotatable with respect to the housing 48. On the azimuth axis 38 an azimuth angle encoder 54 is also arranged.

Dieser liefert ein Winkelsignal #c, welches die Verdrehung des Azimutrahmens 36 gegenüber dem Gehäuse 48 um die Azimutachse 38 darstellt.This delivers an angle signal #c, which the rotation of the azimuth frame 36 represents relative to the housing 48 about the azimuth axis 38.

Auf den ersten Servomotor 50 ist über Umschaltmittel 58 wahlweise das Signal des ersten Lageabgriffs 24 (Fig. 2) des Lagekreisels 10 oder das Signal des zweiten Lagefühlers 42 aufschaltbar. Die Signale werden durch einen Verstärker 60 in geeigneter Weise verstärkt.The first servomotor 50 is optionally via switching means 58 the signal of the first position tap 24 (Fig. 2) of the position gyro 10 or the signal of the second position sensor 42 can be switched on. The signals are through an amplifier 60 reinforced in a suitable manner.

Auf den zweiten Servomotor 52 ist über einen Verstärker 62 das Signal des zweiten Lageabgriffs 26 des Lagekreisels 10 aufgeschaltet.The signal is sent to the second servomotor 52 via an amplifier 62 of the second position tap 26 of the position gyro 10 switched on.

Das Signal des ersten Lagefühlers 40 wird durch -g dividiert, wie durch Block 102 dargestellt ist. Es ergibt sich so sin , wenn #der Neigungswinkel des Innenrahmens 32 um die xCAchse ist. Aus sin wird durch eine Schaltung 104 cos gebildet. Der Wert sin wwird, wie durch Block 106 angedeutet, mit s s sin multipliziert. Dabei ist die Vertikalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit, #E die Drehgeschwindigkeit der Erde und & die geographische Breite. Der so multiplizierte Wert Zs sinw wird auf den um die zweite Eingangsachse 20, d.h. die y-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen zweiten Drehmomenterzeuger 30 (Fig. 2) geschaltet. Der von der Schaltung 104 gelieferte Wert cos wird, wie durch Block 108 angedeutet, mit der Vertikalkomponente der ErddrehgeschwindigkeitQ E multipliziert. Der so multiplizierte Wert s cosg wird als Signal auf den um die erste Eingangsachse 16 (Fig. 1), d.h. die x-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen ersten Drehmomenterzeuger 28 geschaltet.The signal from the first position sensor 40 is divided by -g, as represented by block 102. It results as sin if # the angle of inclination of the inner frame 32 is around the xC axis. A circuit 104 turns sin into cos educated. As indicated by block 106, the value sin w is multiplied by s s sin. The vertical component of the earth's rotation speed, #E is the rotation speed of the earth and & the latitude. The multiplied value Zs sinw is on the around the second input axis 20, i.e. the y-axis, of the position gyro 10 effective second torque generator 30 (Fig. 2) switched. The one from the circuit The value cos supplied 104 is, as indicated by block 108, with the vertical component the rotational speed of the earth Q E multiplied. The value multiplied in this way becomes s cosg as a signal on the about the first input axis 16 (Fig. 1), i.e. the x-axis, des Position gyro 10 effective first torque generator 28 switched.

Es wird weiterhin das Signal des zweiten Lagefühlers 42 einmal über einenAusrichtregler 110 dem Signal s sing überlagert und auf den um die zweite Eingangsachse 20, die y-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen zweiten Drehmomenterzeuger 30 (Fig. 1) geschaltet. Das ist durch den Summierpunkt 112, an dem beide Signale mit negativem Vorzeichen anliegen, und Linie 114 angedeutet. Die Übertragungsfunktion des Ausrichtreglers ist mit Gy (s) bezeichnet, wobei s die Variable der Laplace Transformierten ist. Das Signal des zweiten Neigungssensors 42 wird außerdem in der in der EP-A 1 48 212 beschriebenen Weise über einen (nicht dargestellten) Ausrichtregler dem Signal uns cosg überlagert und auf den um die erste Eingangsachse 16, die x-Achse, des Lagekreisels 10 wirksamen ersten Drehmomenterzeuger 28 (Fig. 27 geschaltet.The signal from the second position sensor 42 continues to be transmitted once an alignment controller 110 superimposed on the signal s sing and on that about the second input axis 20, the y-axis, of the position gyro 10 effective second torque generator 30 (Fig. 1) switched. That is through the summing point 112, at which both signals with negative The sign is present, and line 114 is indicated. The transfer function of the alignment controller is denoted by Gy (s), where s is the variable of the Laplace transform. The signal from the second inclination sensor 42 is also used in EP-A 1 48 212 described manner via an alignment controller (not shown) the signal us cosg superimposed and on the around the first input axis 16, the x-axis, des Position gyro 10 effective first torque generator 28 (Fig. 27 switched.

Wenn die Drallachse des Kreisels 10 vor der Vorausrichtung nach Nord mit der Nordrichtung einen Winkel #einschließt, ist im Gleichgewichts zustand das dem zweiten Drehmomenterzeuger 30 des Lagekreisels 10 zugeführte Stellsignal (1) UYc = # c cos #, wobei nc die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwinc digkeit ist. Aus den bei zwei um einen festen Winkel gegeneinander versetzten Stellungen des Azimutrahmens 36 erhaltenen Stellsignalen wird die Abweichung von Nord bestimmt und danach die Drallachse des Lagekreisels 10 wenigstens näherungsweise nach Nord ausgerichtet. Es erfolgt dann eine Feinausrichtung in der in der EP-A1 48 212 beschriebenen Weise.When the spin axis of the gyro 10 is facing north forms an angle # with the north direction, that is in the equilibrium state the control signal supplied to the second torque generator 30 of the position gyro 10 (1) UYc = # c cos #, where nc is the horizontal component of the rotational speed of the earth is. From the two positions offset from one another by a fixed angle of the azimuth frame 36 received control signals, the deviation from north is determined and then the spin axis of the position gyro 10 at least approximately to the north aligned. A fine alignment then takes place in that described in EP-A1 48 212 Way.

Bei einem (zunächst unbekannten) Winkel 1 zwischen der Drallachse des Lagekreisels 10 und einem vom Winkelgeber 54 gelieferten Winkel a1, zwischen Fahrzeuglängsachse und Azimutrahmen ist im stationären Zustand nach Einschwingen des Horizontierungskreises mit dem Ausrichtregler 110 das Stellsignal am zweiten Drehmomenterzeuger 30 (2) Uyc(α1) = #c cos # 1.At an (initially unknown) angle 1 between the twist axis of the position gyro 10 and an angle a1 supplied by the angle encoder 54, between The vehicle's longitudinal axis and azimuth frame are in a stationary state after settling of the leveling circle with the alignment controller 110, the control signal on the second Torque generator 30 (2) Uyc (α1) = #c cos # 1.

Nach Verdrehung des Azimutrahmens 36 um einen festen Winkel #wird das Stellsignal am zweiten Drehmomenterzeuger (3) Uyc(α2)= #c cos # 2 = #c cos (#1 + #).After rotating the azimuth frame 36 by a fixed angle #will the control signal at the second torque generator (3) Uyc (α2) = #c cos # 2 = #c cos (# 1 + #).

Aus der Beziehung t4) cos (+1 + 8) = cos 1 cos 6- sinus 1 sin 6, läßt sich eine Gleichung für sins 1 angeben, die nur von den in den beiden Stellungen gemessenen Stellsignalen sowie dem vorgegebenen Verdrehungswinkel abhängt: cos cos<P b 1 (5) sin tP = - cos sin sin rl 1 sin 2 Damit lassen sich die Winkelfunktionen des Winkels 1 und damit dieser Winkel selbst eindeutig bestimmen, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 näher erläutert ist.From the relationship t4) cos (+1 + 8) = cos 1 cos 6 sinus 1 sin 6, lets give yourself an equation for sins 1 that only of those in the control signals measured in both positions as well as the specified angle of rotation depends on: cos cos <P b 1 (5) sin tP = - cos sin sin rl 1 sin 2 unambiguously determine the trigonometric functions of angle 1 and thus this angle itself, as explained in more detail in connection with FIG.

Mit dem bekannten Winkeln läßt sich damit die azimutale Endlage # 2 der xC-Achse des Innenrahmens 32 gegenüber 2 der x des Innenrahmens 32 gegenüber geographisch Nord angeben. Um diesen Winkel cm, 2 werden dann der Azimutrahmen 36 und der Innenrahmen 32 um die Azimutachse 38 verdreht.With the known angle, the azimuthal end position # 2 of the xC axis of the inner frame 32 opposite 2 of the x of the inner frame 32 opposite Specify geographically north. The azimuth frame 36 is then formed around this angle cm, 2 and the inner frame 32 rotated about the azimuth axis 38.

Die Einrichtung zur Bestimmung von 9 enthält eine Einrichtung 122 zum Speichern des im Gleichgewichtszustand bei einem Winkel e 1 erhaltenen Stellsignals Uyc (α1)- Es ist ferner eine Einrichtung zum Verdrehen der Anordnung mit dem Innenrahmen 32 im Azimut um einen festen Winkeln nach dem Speichern des besagten Stellsignals vorgesehen. Diese Einrichtung zum Verdrehen enthält einen Umschalter 122, über den ein Nachführsignal U C z auf den ersten Drehmomenterzeuger 28 des Lagekreisels 10 auf schaltbar ist, sowie einen Komparator 124. Der Umschalter 122 ist von dem Komparator 124 gesteuert, an welchem das dem festen Winkeln entsprechende feste Winkel signal und ein Signal von dem Winkelgeber 54 anliegt, derart', daß nach Speichern des Stellsignals Uyc(α1) am zweiten Drehmomenterzeuger 30 der Lagekreisel 10 und damit der Azimutrahmen 36 durch das Nachführsignal Uzc um die Azimutachse 38 verdreht wird, bis der von dem Winkelgeber 54 ausgeführte Drehwinkel dem festen Winkeln entspricht. Es ist weiter eine Einrichtung 126 zum Abgreifen und Speichern des dann im Gleichgewichtszustand erhaltenen Stellsignals UyC(a2) vorgesehen. Die beiden Stellsignale werden einem Rechner zugeführt zur Bestimmung des dann vorhandenen Winkels +2 zwischen Drallachse 14 und Nord.The means for determining FIG. 9 includes means 122 for storing the control signal obtained in the equilibrium state at an angle e 1 Uyc (α1) - It is also a device for rotating the assembly with the Inner frame 32 in azimuth by a fixed angle after storing said Control signal provided. This device for turning contains a changeover switch 122, via which a tracking signal U C z to the first torque generator 28 of the The position gyro 10 can be switched to, as well as a comparator 124. The switch 122 is controlled by the comparator 124 on which the one corresponding to the fixed angle Fixed angle signal and a signal from the angle encoder 54 is applied, such 'that after storing the control signal Uyc (α1) at the second torque generator 30 of the Attitude gyro 10 and thus the azimuth frame 36 by the tracking signal Uzc around the Azimuth axis 38 is rotated until the angle of rotation executed by angle encoder 54 corresponds to the fixed angle. It is also a device 126 for tapping and storing the control signal UyC (a2) then obtained in the equilibrium state intended. The two control signals are fed to a computer to determine the then existing angle +2 between twist axis 14 and north.

Dieser Rechner, der in Fig. 4 dargestellt ist, enthält Mittel 128 und 130 zur Division der Stellsignale UyC(a1) bzw. Uyc(α2) durch die Vertikalkomponente # c der Erddrehgeschwindigkeit. Dadurch werden cos 4>1 bzw. cos erhalten. Es sind weiterhin Mittel 132 zur Multiplikation des so erhaltenen Werts cos 91 mit cos # vorgesehen.This computer, which is shown in FIG. 4, contains means 128 and 130 for dividing the control signals UyC (a1) and Uyc (α2) by the vertical component # c the speed of the earth's rotation. This gives cos 4> 1 or cos. It are also means 132 for multiplying the value cos 91 thus obtained by cos # provided.

Summiermittel 134 bilden die Differenz cos #1 cos # - cos (#1 + ").Summing means 134 form the difference cos # 1 cos # - cos (# 1 + ").

Mit 136 sind Mittel zur Division der so erhaltenen Differenz durch sin # bezeichnet. Diese Mittel 136 liefern nach Gleichung (5) an einem Ausgang 138 ein Signal, das sin 4>1 darstellt. An einem Ausgang 140 wird das Hllrr.h die Division bei 128 aus dem Stellsignal Uyc( 1) erhaltene Signal cos #1 ausgegeben. Aus den beiden Winkel funktionen sin +1 und cos 4>1 kann in bekannter Weise eindeutig 1 bestimmt werden. Die azimutale Endlage +2 ergibt sich dann aus (6) #2 = #1 + # .With 136 are means for dividing the difference thus obtained by sin # denotes. These means 136 supply an output 138 according to equation (5) a signal representing sin 4> 1. At an output 140 the Hllrr.h is the Division at 128 from the control signal Uyc (1) received signal cos # 1 output. The two angle functions sin +1 and cos 4> 1 can be clearly identified in a known manner 1 can be determined. The azimuthal end position +2 results from (6) # 2 = # 1 + # .

Um diesen Winkel werden dann der Azimutrahmen 36 und der Innenrahmen 32 mit dem Lagekreisel 10 verdreht.The azimuth frame 36 and the inner frame are then at this angle 32 rotated with the position gyro 10.

Das kann wieder mittels des Nachführsignals U c über z den Umschalter 122 geschehen, der von dem Komparator 124 gesteuert ist. Dabei wird lediglich anstelle des den Winkel b darstellenden Winkelsignals ein Winkelsignal an den Komparator 124 angelegt, das den Winkel ~ +2 darstellt.This can be done again by means of the tracking signal U c via the switch 122 happen, which is controlled by the comparator 124. It is only used instead of of the angle signal representing the angle b is an angle signal to the comparator 124, which represents the angle ~ +2.

In Gleichung (1) sind die Anteile der Erddrehung, die durch Neigung des Innenrahmens 32 aus der Horizontalebene um die xc-Achse wirksam werden, vernachlässigt, da es sich nur um eine azimutale Grobausrichtung handelt und außerdem die Fahrzeuge während der Nordung in der Regel auf etwa 60 genau horizontal stehen. Aus diesem Grunde wird die so erhaltene azimutale Ausrichtung nicht exakt sein. Sie führt die Drallachse 14 des Lagekreisels 10 jedoch in einen Bereich, in dem eine azimutale Feinausrichtung durch ein modifiziertes Kreiselkompaßverfahren möglich ist.In equation (1) are the proportions of the earth's rotation caused by inclination of the inner frame 32 from the horizontal plane around the xc-axis become effective, neglected, since it is only a rough azimuthal alignment and also the vehicles during northing in the Usually stand horizontally to about 60 degrees. For this reason, the azimuthal alignment thus obtained will not be exact. However, it leads the spin axis 14 of the position gyro 10 in an area in which an azimuthal fine alignment possible through a modified gyro compass method is.

Die azimutale Ausrichtung nach dem hier beschriebenen Verfahren kann verbessert werden, indem die Neigung des Innenrahmens 32 um die xc-Achse mitberücksichtigt wird.The azimuthal alignment according to the method described here can be can be improved by taking into account the inclination of the inner frame 32 about the xc axis will.

Ein hierfür geeignetes Signal wird von dem ersten Lagefühler 40 geliefert.A signal suitable for this is supplied by the first position sensor 40.

Es sei angenommen, daß der Lagekreisel 10 mit seiner Drallachse 22, der z-Achse, in der beschriebenen Weise annähernd nach Nord ausgerichtet ist. Der Innenrahmen 32 ist durch Aufschalten des zweiten Neigungssensors 42 über die Umschaltmittel 58 auf den Stellmotor 50 um die Schwenkachse 34 im wesentlichen horizontal ausgerichtet.It is assumed that the position gyro 10 with its spin axis 22, the z-axis, is aligned approximately to north in the manner described. Of the Inner frame 32 is activated by switching on the second inclination sensor 42 via the switching means 58 aligned essentially horizontally on the servomotor 50 about the pivot axis 34.

Um die xC-Achse ist der Innenrahmen 32 jedoch nicht von dem Gehäuse entkoppelt. Es kann daher eine Neigung um die xC-Achse bestehen, die, wie beschrieben, rechnerisch berücksichtigt wird. Infolge dieser Neigung fühlt der Lagekreisel 10 eine Komponente 9 sinder Vertikalkomponente n S der Erdbeschleunigung um die erste Eingangs-5 achse 16 (Fig. 1), d.h. die x-Achse in Fig. 5. Diese Komponente wird durch das auf den zweiten Drehmomenterzeuger 30 geschaltete Signal, das proportional Ds sinZ ist, kompensiert.However, the inner frame 32 is not from the housing about the xC axis decoupled. There may therefore be an inclination around the xC axis, which, as described, is taken into account arithmetically. As a result of this inclination, the gyro 10 feels a component 9 of the vertical component n S of the acceleration due to gravity around the first Input 5 axis 16 (Fig. 1), i.e. the x-axis in Fig. 5. This component becomes by the signal switched to the second torque generator 30, which is proportional Ds sinZ is compensated.

Um die zweite Eingangsachse 20 des Kreisels 10, die y-Achse in Fig. 1, wirkt die Komponente cos 9 der Vertikalkomponente der Erddrehung. Diese Komponente wird durch das auf den ersten Drehmomenterzeuger 28 geschaltete Signal, das proportionalA s cos cm ist, kompensiert.Around the second input axis 20 of the gyro 10, the y-axis in Fig. 1, the cos 9 component of the vertical component of the earth's rotation acts. This component is activated by the signal applied to the first torque generator 28 which is proportional to A. s cos cm is compensated.

Der Innenrahmen 32 wird daher nach Umschalten der Umschaltmittel 58 zunächst im wesentlichen in der Anfangslage gehalten.The inner frame 32 is therefore switched over after the switching means 58 initially held essentially in the initial position.

Die Aufschaltung des Signals von dem zweiten Lage fühler 42 über den Ausrichtregler 110 auf den zweiten Drehmomenterzeuger 30 bewirkt eine Aus lenkung des Kreisels 18 um die erste Eingangsachse 16. Das führt zu einem Abgriffsignal am Abgriff 24, der auf die Bewegung des Kreisels 18 um die Eingangsachse 16, die x-Achse in Fig. 1 anspricht. Das Abgriffsignal vom Abgriff 24 steuert über den Verstärker 60 den Stellmotor 50, und dieser richtet den Innenrahmen 32 solange aus, bis das Signal des Lagefühlers 42 verschwindet. Es erfolgt so eine ständige Feinausrichtung des Innenrahmens 32 um die Schwenkachse 34.The activation of the signal from the second position sensor 42 via the Alignment controller 110 on the second torque generator 30 causes a deflection of the gyro 18 about the first input axis 16. This leads to a tap signal at the tap 24, which is based on the movement of the gyro 18 about the input axis 16, the x-axis in Fig. 1 responds. The tap signal from tap 24 controls the amplifier 60 the servomotor 50, and this aligns the inner frame 32 until the The signal from the position sensor 42 disappears. This means that there is constant fine-tuning of the inner frame 32 about the pivot axis 34.

Das Signal des Lagefühlers 42 wird auch über einen Ausrichtregler auf den ersten Drehmomenterzeuger 28 geschaltet. Das bewirkt eine Ausrichtung der Kreiseldrallachse 22 nach Nord.The signal of the position sensor 42 is also via an alignment controller switched to the first torque generator 28. This brings about an alignment of the Rotary axis 22 to the north.

Wenn die Kreiseldrallachse 22 genau horizontal und in der Meridianebene liegt, so wird die Horizontalkomponente der Erddrehung an den Eingangsachsen 16 und 20 des Lagekreisels 10, also an der x-Achse und der y-Achse in Fig. 1 sicht wirksam. Weicht dagegen die Kreiseldrallachse 22 von der Meridianebene etwas ab, dann wirkt eine Komponente auch der Horizontalkomponente der Erddrehung auf die Eingangsachse 16, d.h. in Richtung der x-Achse von Fig. 1. Der im inertialen Raum festgehaltene Kreisel 18 bewirkt eine Drehung des Rahmens 14 gegenüber dem Gehäuse 12 und damit ein Signal am Abgriff 16. Dieses Signal ist über die Umschaltmittel 58 und den Verstärker 60 auf den Stellmotor 50 geschaltet. Der Stellmotor 50 verschwenkt den Innenrahmen 32 in dem Bestreben, das Abgriffsignal am Abgriff 16 zu null zu machen. Der Innenrahmen 32 wandert also um die yc-Achse aus.When the gyroscopic twist axis 22 is exactly horizontal and in the meridian plane is the horizontal component of the earth's rotation at the input axes 16 and 20 of the position gyro 10, that is to say on the x-axis and the y-axis in FIG. 1 effective. If, on the other hand, the gyroscopic twist axis 22 deviates slightly from the meridian plane, then a component also acts on the horizontal component of the earth's rotation Input axis 16, i.e. in the direction of the x-axis of Fig. 1. The one in inertial space Fixed gyroscope 18 causes the frame 14 to rotate relative to the housing 12 and thus a signal at tap 16. This signal is via the switching means 58 and the amplifier 60 connected to the servomotor 50. The servomotor 50 is pivoted the inner frame 32 in an effort to zero the tap signal at tap 16 do. The inner frame 32 therefore migrates around the yc axis.

Diese Auswanderung wird durch die Aufschaltung des Signals des Lagefühlers 42 über den Ausrichtregler 110 auf den Drehmomenterzeuger 30 nicht kompensiert, da nicht nur eine einmalige kleine Fehlausrichtung zu korrigieren ist, was in diesem Kreis geschieht, sondern ein ständiges Weglaufen des Innenrahmens 32 durch die Horizontalkomponente der Erddrehung.This migration is triggered by the signal from the position sensor 42 is not compensated for via the alignment controller 110 on the torque generator 30, since not just a one-off minor misalignment is what in this one to correct Circle happens, but a constant running away of the inner frame 32 through the horizontal component the rotation of the earth.

Durch die Aufschaltung des Signals des zweiten Lagefühlers 42 über den Ausrichtregler auf den ersten Drehmomenterzeuger 28, der um die x-Achse in Fig. 1 wirkt, wird der Kreisel 18 um die Eingangsachse 20 ausgelenkt, also um die y-Achse in Fig. 1, und der zweite Abgriff 26 liefert ein Abgriffsignal. Das Signal von diesem Abgriff 26 wird über den Verstärker 62 auf den Stellmotor 52 gegeben. Dieser verstellt den Azimutrahmen 36 und damit den Innenrahmen 32, bis die Kreiseldrallachse 22 nach Nord ausgerichtet ist und keine Komponente der Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit mehr an der Eingangsachse 16 wirksam wird.By activating the signal from the second position sensor 42 via the alignment controller to the first torque generator 28, which is rotated around the x-axis in Fig. 1 acts, the gyro 18 is deflected about the input axis 20, that is to say about the y-axis in Fig. 1, and the second tap 26 provides a tap signal. The signal from this Tap 26 is sent to servomotor 52 via amplifier 62. This adjusted the azimuth frame 36 and thus the inner frame 32 until the gyroscopic axis of twist 22 after Is oriented north and is not a component of the horizontal component of the earth's rotation speed more at the input axis 16 becomes effective.

Der Lagekreisel 10 richtet sich so selbständig unter Verwendung der sowieso vorhandenen Sensoren, Drehmomenterzeuger und Stellmotoren nach Nord aus. Anschließend kann der Lagekreisel 10 in der in der EP-A1 48 212 beschriebenen Weise als Kurs-Lage-Referenzgerät arbeiten.The position gyro 10 aligns itself so independently using the anyway existing sensors, torque generators and servomotors to the north. The position gyro 10 can then in the manner described in EP-A1 48 212 work as a course / position reference device.

Claims

Claims course-attitude reference device, in which (a) a two-axis Position gyro with an essentially horizontal spin axis and position taps and torque generators arranged on the input axles on an inner frame is, (b) the inner frame gimbaled about at least two axes and through Servomotors, which are controlled by the position taps, to the vertical and in the Azimuth can be aligned, (c) position sensor arranged on the inner frame and for horizontal alignment of the attitude gyro are connected to the torque generators, (d) where, if present of an angle between the spin axis of the position gyro and north a running off steering of the attitude gyro and a corresponding inclination of the inner frame takes place, to which an inclination sensor responds, (e) the signal from this inclination sensor an alignment controller is connected, the output signal of which as a control signal to a Torque generator of the attitude gyro is connected, which is a deflection of the attitude gyro causes so that about the appropriate Position tap and that of it controlled servomotor, effective in azimuth, aligns the twist axis North is effected, characterized by (f) means (122) for storing the control signal obtained in the equilibrium state (UyC a1)) (g) a device (122,124) for rotating the arrangement with the inner frame (32) in azimuth by one fixed angle (b) after storing said control signal (U c (a y (h) a Means (126) for tapping off the control signal then obtained in the equilibrium state (Uyc (α2)), (i) a computer (Fig. 4) to which the two control signals (uyC (a1) UyC (a2)) are supplied to determine the then existing angle (+2) between Twist axis (H) and north and (j) a device for rotating the arrangement an azimuth axis (38) around the angle determined by the computer (+2) so that the The twist axis is oriented at least approximately to the north.

Course position reference device according to Claim 1, characterized in that (A) the two-axis position gyro (10) perpendicular to the spin axis (14) is essentially one horizontal first input axis (16) and a substantially vertical second input axis (20) has, (b) the inner frame (32) in an azimuth frame (36) is mounted, which in turn around a fixed, substantially vertical azimuth axis (38) is rotatable, (c) a first of the position sensors (40) to pivot the Inner frame (32) against the horizontal about a swirl axis (14) of the position gyro (10) parallel axis responds, (d) a second of the position sensors (42) to pivot of the inner frame (32) responds to the first input axis (16) of the position gyro (10), (e) the inner frame (32) by a first of the servomotors (50) opposite the azimuth frame (36) can be aligned about an axis parallel to the first input axis (16), (f) the azimuth frame (36) by a second of the servomotors (52) around the azimuth axis (38) is rotatable, (g) the signal of the first position tap on the first servomotor (50) (24) of the position gyro (10) can be switched to, (h) to the second servomotor (52) the signal of the second position pick-up (26) of the position gyro (10) is switched on, (i) the control signal to the second torque generator (30) of the position gyro (10) is switched on by the alignment controller (110) that of the signal from the second position sensor (42) is applied.

3. Course-position reference device according to claim 2, characterized in that that (a) the inner frame (36) immediately in the azimuth frame (38) by one to the first input axis (16) of the position gyro (10) parallel axis rotatably -beared (b) an angle encoder (54) is arranged on the azimuth axis (38), (c) signal processing means (102,104,106,108) are provided to which the signal from the first position sensor (40) is supplied to generate the signal U1 (t) = - cosçA (t) DE sin ¢ (t), 2 (t) = - sinYA (t) QE sin + (t), where çA is the angle of inclination detected by the first position sensor (40) of the inner frame (32), Q E is the rotational speed of the earth and ¢ the geographic Width, and (d) these signals (U1, U2) on the first resp.

second torque generator (28 or 30) of the position gyro (10) switched on are.

4. Course position reference device according to claim 3, characterized in that that (a) a follow-up signal (Uzc) to the first torque generator via a changeover switch (152) (28) of the position gyro (10) can be switched on and (b) the switch (122) is controlled by a comparator (124) at which a fixed angle (b) Corresponding fixed angle signal and a signal from the angle encoder (54) is applied in such a way that after storing the control signal (Uy (a1) at the second torque generator (30) the gyro (10) and thus the azimuth frame (36) by the tracking signal (Uzc) is rotated about the azimuth axis (38) until the one executed by the angle encoder (54) Rotation angle corresponds to the fixed angle (b).