DE3433189C2 - Vorrichtung mit Beschleunigungsmessern und einer Trägheitsplattform sowie Trägheitsplattform für eine solche Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung mit Beschleuni­ gungsmessern und einer Trägheitsplattform sowie mit einer Träg­ heitsplattform hierfür gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11.

Aus FR 21 07 847 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Die Signalverarbeitungsschaltungen liefern hierbei Differenzsignale von Beschleunigungsmessersignalen, welche den Winkelbeschleunigungen der Vorrichtung zugeordnet sind. Hierbei sind nur im hochfrequenten Bereich arbeitende Beschleunigungs­ messer vorgesehen. Daher sind für die Signalverarbeitung Compu­ ter mit großer Kapazität sowie Rechenzeiten erforderlich, um Korrekturen bei den mit Hilfe der im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessern erhaltenen Signalen vorzunehmen.

Aus DE 31 32 799 A1 ist eine Trägheitsplattform bekannt, welche eine Anordnung aus orthogonalen Kreisen, eine Anordnung mit Beschleunigungsmessern und eine Computerschaltung aufweist, die auf Signale anspricht, die von den Kreiseln und den Beschleuni­ gungsmessern geliefert werden, um die Bewegung der Plattform im dreidimensionalen Raum zu berechnen.

In DE 31 41 836 A1 ist eine Vorrichtung gezeigt, welche in Form eines kubischen Gehäuses ausgelegt ist, wobei Beschleunigungs­ messer paarweise unter Zuordnung zu den jeweils drei Koordina­ tenachsen an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angebracht sind.

Trägheitsplattformen gibt es in unterschiedlichen Ausführungs­ formen, und sie werden in der Trägheitsnavigation eingesetzt, wobei eine orthogonal empfindliche Triade aus Ring-Laser-Kreiseln und eine orthogonal empfindliche Triade aus Beschleunigungsmes­ sern in einer gemeinsamen festen Halterung vorgesehen sind. Die Plattform und die Halterung können fest bezüglich des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei die Kreisel und die Beschleunigungsmesser translatorische und Winkelbeschleunigungen der Plattform und des Fahrzeugs im Raum messen, wenn das Fahrzeug sich bewegt und manövriert. Die durch die Kreisel und Beschleunigungsmesser erzeugten Signale werden gewöhnlich an einen Computer gegeben, der mit Hilfe geeigneter Algorithmen die Fahrzeugbewegung er­ mittelt. Auf diese bekannte Signalverarbeitung mittels Computer wird in der Beschreibung Bezug genommen, sie wird jedoch nicht im Detail erläutert.

Die Beschleunigungsmeser sollten im Idealfall nur solchen Kom­ ponenten der Fahrzeugbeschleunigungen ausgesetzt sein, die in eine Richtung gerichtet sind oder Schwingungen mit relativ nie­ drigen Frequenzen (weniger als einige zehn Hertz) haben, und Beschleunigungsmesser, die als Trägheits-Qualitäts-Beschleuni­ gungsmesser bezeichnet werden, werden eingesetzt, um auf Ände­ rungen der Beschleunigung im niederfrequenten Bereich anzuspre­ chen, jedoch auf Kosten einer schwachen Empfindlichkeit im hoch­ frequenten Bereich. In der Beschreibung sind unter der Bezeich­ nung "im niederfrequenten Bereich arbeitende Beschleunigungsmes­ ser" solche vorgenannten Trägheits-Qualitäts-Beschleunigungsmes­ ser zu verstehen.

Jedoch die gedrängten Platzverhältnisse beim Positionieren von drei Einzelachsen-Beschleunigungsmessern und Kreiseln in einer Halterung führen dazu, daß zusätzliche Beschleunigungen gemessen werden, die zu fehlerhaften Messungen führen, es sei denn, sie werden kompensiert oder eliminiert.

Solche Fehlerquellen und die Gleichungen für ihre Lösung sind beispielsweise in "Inertial Guidance Engineering", veröffentlicht von Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, N. J., U. S. A., angege­ ben.

Zwei solche Fehlerquellen sind die Folge des sog. Kegeleffekts, welcher auf Bewegungen der Kreiseleingangsachsen zurückgeht, was zu Meßfehlern bei der Winkelbeschleunigung führt, sowie der Sculling-Effekt, bei welchem lineare und Winkelvibrationen mit relativ hohen Frequenzen von Hunderten von Hertz längs zweier orthogonaler Achsen eine ständige lineare Beschleunigung längs der dritten orthogonalen Achse bewirken.

Um diese Fehler zu kompensieren, müssen die Winkel- und die lineare Beschleunigung, die von den Kreiseln und den Beschleuni­ gungsmessern gemessen werden, korrigiert werden, was bedeutet, daß die auf diese Effekte zurückgehenden Signale erfaßt und verarbeitet werden müssen.

Im Falle des Sculling-Effekts liegt beispielsweise die resultie­ rende ständige lineare Beschleunigung innerhalb der Betriebs- Bandbreite des Beschleunigungsmessers, resultiert jedoch aus Schwingungsbeschleunigungen in orthogonalen Achsen mit Frequen­ zen über denen, auf die gewöhnliche Trägheitsbeschleunigungs­ messer ansprechen. Es sind diese hochfrequenten Beschleunigungen (und entsprechende hochfrequente Winkelbewegungen beim Kegel- Effekt), die zu erfassen und zu verarbeiten sind, und ein Be­ schleunigungsmesser, der in der Lage ist, solche hochfrequenten Schwingungs-Beschleunigungen zu messen, wird nachfolgend als ein im hochfrequenten Bereich arbeitender Beschleunigungsmesser bezeichnet.

Während die Halterung mechanisch vom Systemgehäuse und dem Fahr­ zeug durch elastische Antischwingungs-Befestigungsmittel iso­ liert sein kann, ist eine solche Isolierung nie vollständig, und Beschleunigungen, die durch das Fahrzeug induziert werden und durch diese Befestigungsmittel modifiziert werden, können auf die Halterung einwirken und die obengenannten Schwingungs-Be­ schleunigungen erzeugen.

Ferner können Reaktionsdrehmomente vom Kreiselmechanismus Win­ kelbeschleunigungen der Halterung um deren Schwerpunkt verursa­ chen mit Zitter-Frequenzen von mehreren hundert Hertz. Theore­ tisch können solche Winkelbewegungen unberücksichtigt bleiben durch Anordnung der Beschleunigungsmesser im Schwerpunkt. Jedoch in der Praxis verhindert die Masse bzw. räumliche Ausdehnung der Instrumente eine solche ideale Anordnung, und um die Bewegung der Halterung zu definieren, ist es notwendig, die linearen Be­ schleunigungskomponenten zu berücksichtigen, die durch die Ver­ setzung der Beschleunigungsmesser aus ihrer idealen Lage ent­ stehen, und Berechnungen bezüglich der gemessenen linearen und Winkelbeschleunigungen auszuführen, um die Beschleunigungsmes­ sungen auf einen einzigen Punkt in der Halterung zu beziehen.

Solche Größen-Effekt-Berechnungen (size effect calculations) sind üblich und leicht mit Hilfe von geeigneten bekannten Algo­ rithmen vornehmbar, die in den Computer des Systems eingegeben werden. Aber die Ausführung der Algorithmen, d. h. die in den Berechnungen benutzten Daten, hängt von den Charakteristiken der einzelnen Beschleunigungsmesser und Kreisel ab, weshalb solche Algorithmen nicht einfach zur Lösung durch einen Computer im Falle eines Instrumenten-Wechsels anpaßbar sind. Die Durchfüh­ rung solcher Korrekturen bedingt eine genaue Messung der Schwin­ gungs-Beschleunigungen und damit eine Meßbandbreite bis zu meh­ reren KHz. Die Rechenkapazität und die Rechenzeit, die zur Be­ arbeitung der Fehler über eine große Bandbreite erforderlich sind, stellt einen wichtigen Faktor hinsichtlich der Kosten und des Arbeitsvermögens des Systems dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit Beschleunigungsmessern und einer Trägheitsplattform sowie eine Trägheitsplattform hierfür bereitzustellen, bei welchen sich Fehlereffekte wenigstens im wesentlichen eliminieren und/oder Meßsignale für ihre Korrektur einfacher erhalten lassen.

Nach der Erfindung wird hierzu einerseits eine Vorrichtung mit Beschleunigungsmessern und einer Trägheitsplattform angegeben, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 auf­ weist und sich durch die Merkmale des Kennzeichens desselben auszeichnet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 wiedergegeben. Andererseits gibt die Erfin­ dung eine Trägheitsplattform für eine solche Vorrichtung an, welche im Patentanspruch 11 angegeben ist.

Eine weitere, zweckmäßige Ausgestaltungsform der Trägheitsplatt­ form ist im Anspruch 12 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung aus Kreiseln und Beschleunigungsmessern mit einer Trägheitsplatt­ form,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Trägheitsplattform mit einer Ausführungsform eines Ein-Achsen-Beschleunigungsmes­ ser-Systems, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Trägheitsplattform mit einer weiteren Ausführungsform eines Ein-Achsen-Beschleuni­ gungsmesser-Systems.

Fig. 1 zeigt eine Trägheitsplattform mit einer Vorrichtung aus Kreiseln und Beschleunigungsmessern innerhalb eines hohlen Ge­ häuses 10. An drei äußeren Wänden sind Kreisel-Pakete Gx, Gy und Gz montiert, von denen jedes einen bekannten mechanisch zittern­ den Ringlaser-Kreisel enthält. Die Innenflächen der Würfelwände 11 tragen Halteblöcke 12, die nahe den Zentren der Wandflächen angeordnet sind, um planare Halteflächen 13 zu schaffen, die senkrecht zur Wandebene verlaufen.

Die Blöcke sind paarweise sich gegenüberliegenden Wandflächen zugeordnet und so gelegt, daß die Halteflächen jedes Paares koplanar sind, wobei diese Ebene durch den Würfel rechtwinklig zu den beiden anderen Ebenen verläuft und alle drei Ebenen sich im Schwerpunkt der Vorrichtung schneiden.

Jede der Halteflächen trägt einen Beschleunigungsmesser, die mit 15x, 15′x, 15y, 15′y, 15z und 15′z in Übereinstimmung mit ihren empfindlichen Achsen bezeichnet sind, die durch Pfeile an den Halteblocks dargestellt sind und die sich in Richtung der Koordinatenachsen x, y und z erstrecken, die bei 14 gezeigt sind.

Bei jedem Paar sind die Beschleunigungsmesser 15 und 15′ in gleichem Abstand auf jeder Seite des Schwerpunktes 14 angeordnet.

Wenn die Vorrichtung eine translatorische Beschleunigung erfährt, beispielsweise in x-Richtung, so ist der Mittelwert der Signale von den Beschleunigungs­ messern 15x und 15′x (Summensignal) ein Maß für die Translations­ beschleunigung in dieser Richtung. Wenn die Bewegung eine Rotation um die y-Achse einschließt, dann werden die Signale von den Beschleunigungsmessern 15x und 15′x subtrahiert und stellen durch ihre Differenz die Winkelbeschleunigung um diese Achse dar. Das Differenzsignal zwischen den Beschleunigungsmessern 15y und 15′y stellt die Winkelbeschleunigung um die z-Achse dar und das Differenz­ signal zwischen den Beschleunigungsmessern 15z und 15′z stellt die Winkel­ beschleunigung um die x-Achse dar.

Fig. 2 zeigt ein Beschleunigungsmesser-System Ax mit zwei Beschleunigungs­ messern 15x und 15′x die der x-Achse zugeordnet sind. Die Beschleunigungs­ messer sind Einachsen-Geräte mit identischem Aufbau und jeder hat eine Arbeits­ bandbreite von Null bis mehreren Kilohertz und jedes Gerät gibt ein analoges Ausgangs­ signal ab. Ein geeignetes Gerät ist der Beschleunigungsmesser Sundstrand QA2000, hergestellt von der Firma Sundstrand Data Control Inc., Remond, Washington, U. S. A.

Die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 15x, 15′x die der Stärke der Beschleunigung entsprechen, werden an Verstärker 16, 16′ gelegt, mit denen die relativen Amplituden der Beschleunigungsmesser maßstäblich angepaßt werden.

Die Ausgänge der Verstärker 16, 16′ werden an einen Summierverstärker 17 gelegt, dessen Ausgang 18 proportional zur Summe der Beschleunigungsmesser-Signale sowie eine Funktion der translatorischen oder linearen Beschleunigung der Vorrichtung längs der x-Achse ist.

Die Ausgänge der Verstärker 16, 16′ werden ferner an Eingänge eines Differenz­ verstärkers 19 gelegt, dessen Ausgang, der proportional zur Differenz zwischen den Beschleunigungsmesser-Signalen ist, eine Funktion der Rotationsbeschleunigung der Vorrichtung um die y-Achse ist.

Das Summensignal vom Ausgang 18, das sämtliche translatorischen Beschleunigungen der Vorrichtung in der x-Richtung umfaßt, wird ferner über einen Analog/Digital- Wandler 21 an einen Verarbeitungscomputer 22 gelegt, der ferner das entsprechende Summensignal und Differenzsignal von den anderen Beschleunigungsmesser-Systemen Ay und Az von den Kreiseln Gx, Gy und Gz der Vorrichtung erhält, um die Berechnungen für die Bestimmung der Bewegung der Vorrichtung infolge der Bewegung des Fahrzeugs in konventioneller Weise vorzunehmen.

Die Summen- und die Differenzsignale sind analoge Signale und werden an eine konventionelle Korrekturschaltung 23 gelegt, um die Fehler infolge des Kegel­ effekts und des Sculling-Effekts mittels analoger Schaltungen zu berechnen.

Signale, die sich auf Fehler beziehen, werden an den Computer 22 über einen Analog/Digital-Wandler 24 angelegt und benutzt, um die Messungen der Beschleunigungsmesser und Kreisel zur Kompensation dieser Kegel- und Sculling-Bewegungen zu modifizieren.

Die Korrekturen, die die Korrekturschaltung 23 ausführt, sind nicht Teil der Erfindung, sie stellen die Lösung von bekannten Korrekturgleichungen dar, der Schaltkreis wird jedoch der Vollständigkeit halber kurz beschrieben.

Die Schaltung 23 ist unterteilt in zwei Abschnitte 25 und 26. Der obere Abschnitt 25 erzeugt Korrektursignale für die Kegel-Effekte um die drei Achsen, wobei die Kegel-Rate um eine gegebene Achse, z. B. die z-Achse, definierbar ist als [(Winkel der Rotation um die y-Achse)×(Winkel-Rate der Rotation um die y-Achse)]+ [(Winkel der Rotation um die x-Achse)×(Winkel-Rate der Rotation um die y-Achse)], wobei entsprechende Beziehungen für die Kegel-Raten um die x-Achse und die y-Achse gelten. Das Differenzsignal vom x-Achsen-Beschleunigungsmesser-System Ax stellt die Winkelbeschleunigung um die y-Achse dar, so daß ein erstes Zeitintegral des Signales die Winkelrate der Rotation und ein zweites Zeitintegral den Rotationswinkel um die x-Achse darstellt.

Der Ausgang 20 des Beschleunigungsmessers Ax (bezogen auf die Rotation um die y-Achse) wird an einen ersten Stufenintegrator 26y gegeben mit einer Ausgangs­ klemme 27y, die mit einem zweiten Stufenintegrator 28y verbunden ist, der einen Ausgang 29y hat. Der Ausgang 27y des Integrators 26y ist ferner an einen Eingang einer Multiplizierschaltung 30 gelegt, während ein zweiter Eingang mit dem Aus­ gang eines zweiten Stufenintegrators 28x verbunden ist (der x-Achsensignale vom Beschleunigungsmesser-System Az erhält). Der Ausgang 29y des Integrators 28x ist mit einem Eingang einer Multiplizierschaltung 31 verbunden, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des Integrators 26x verbunden ist. Die Produktsignale werden in einem Summierverstärker 32 addiert, und das Signal am Ausgang 33 stellt die Kegel-Rate um die z-Achse dar. Das analoge Signal wird an den Analog/Digital- Wandler 24 und dann an den Computer 32 gelegt, wie oben bechrieben.

Entsprechende Differenzsignale von den Beschleunigungsmessern Ay und Az werden entsprechend an erste Stufenintegratoren 26z und 26x gelegt.

Die anderen Integratorstufen sind entsprechend über Multiplizierschaltungen und Summierschaltungen gekoppelt um entsprechende x-Achsensignale und y-Achsen­ signale zu erzeugen.

Der untere Abschnitt 26 der Korrekturschaltung 23 erzeugt Korrektursignale für Fehler aufgrund des Sculling-Effekts, die für jede Achse, z. B. die Y-Achse, definiert werden können als [(Winkelverschiebung um die z-Achse)×(lineare Be­ schleunigung längs der x-Achse)]+[(Winkelverschiebung um die x-Achse)×(lineare Beschleunigung längs der z-Achse)]. Ein erster Eingang der Multiplizierschaltung 35y ist an den Ausgang 29z des zweiten Stufenintegrators 28z gelegt, um Signale zu empfangen, die eine Verschiebung um die z-Achse darstellen, und ein zweiter Eingang ist an den Summenausgang 18 des Beschleunigungsmesser-Systems Ax gelegt, um Signale zu empfangen, welche die lineare Beschleunigung längs der x-Achse dar­ stellen. Die Multiplizierschaltung 35′y hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang 29x des zweiten Stufenintegrators 28x verbunden ist, um Signale zu empfangen, die eine Verschiebung um die x-Achse darstellen und einen zweiten Eingang, der mit dem Summenausgang des Beschleunigungsmesser-Systems Az verbunden ist, um Signale zu empfangen, welche die lineare Beschleunigung längs der z-Achse darstellen. Die Produktsignale an den Ausgangsleitungen 36y und 36′y der Multiplizierschaltung werden an einen Summenverstärker 37y gelegt und dessen Ausgang auf der Leitung 38 stellt die Korrektur für den Sculling- Fehler dar, und dieser Ausgang wird über den Analog/Digital-Wandler 34 an den Computer 22 gegeben. Entsprechende Paare von Multiplizierschaltungen 35x, 35′x und 35z und 35′z empfangen Signale vom zweiten Stufenintegrator und den Be­ schleunigungsmessern, um Signale von ihren zugeordneten Summenverstärkern 37x und 37z zu erzeugen, um ein Kompensationssignal bezüglich des Sculling-Effekts für die x-Achse und die z-Achse zu erzeugen. Die relativen Amplituden der Signale, die von den Beschleunigungsmessern und den Integratoren 28 erhalten werden, können eine Einstellung oder Anpassung durch geeignete Verstärker oder Dämpfungsschaltungen erfordern, die aus Gründen der Übersichtlichkeit wegge­ lassen sind.

Die Verwendung analoger Signale und analoger Schaltungen, insbesondere die analogen Multiplizierschaltungen im Korrekturschaltkreis 23, befreit den Computer 22 von der Durchführung entsprechender digitaler Berechnungen, wodurch beträchtliche Computer-Arbeitszeit eingespart wird.

Während die Signale zur Kompensierung des Sculling-Effekts, wie gezeigt, an den Computer gelegt werden, der sie benutzt, um die linearen Beschleunigungsmesser- Signale zu korrigieren (die von den Summensignalen abgeleitet sind), können die analogen Signale auf den Leitungen 38 geeignet angepaßt und mit den analogen Summensignalen von den Beschleunigungsmessern gemischt werden, wodurch die Anzahl von Eingängen zum Computer und der Umfang der digitalen Verarbeitung reduziert werden können.

Die Verwendung von Beschleunigungsmessern zur Ableitung der hochfrequenten Messungen der Winkelbewegung in analoger Form ermöglicht es, digitale Filter 39 am digitalen Ausgang der Ring-Laser-Kreisel einzusetzen, um hochfrequente Kreisel­ fehler und Rauschen zu eliminieren, so daß die im wesentlichen niederfrequenten Veränderungen erhalten werden, welche der Fahrzeugbewegung zugeordnet und für den Computer 22 erforderlich sind.

Ein Vorteil der vorbeschriebenen Anordnung besteht darin, daß, obwohl die einzelnen Beschleunigungsmesser mit ihren Stoßzentren versetzt gegeneinander angebracht sind, das Stoßzentrum von jedem der drei orthogonalen Beschleunigungsmesser-Systemen im Schwerpunkt 14 der Vorrichtung koexistieren kann, wodurch die Notwendigkeit, Korrekturen wegen der Größen-Wirkung der Geräte an den Beschleunigungssignalen auszuführen, vollständig eliminiert wird und dadurch die Vorrichtung vereinfacht wird.

Die vorbeschriebene Vorrichtung mit den Beschleunigungsmessern vereinfacht aber nicht nur den Aufbau der Trägheitsplattform, sondern sie läßt weitere Möglichkeiten offen. Da die Messungen der niederfrequenten Winkelbewegungen der Vorrichtung beispielsweise im wesentlichen von den Kreiseln ausgeführt werden und die hoch­ frequenten Messungen der Winkelbewegungen (für die Fehlerkorrektur) durch die Beschleunigungsmesser, können diese sich in ihren Arbeitsbereichen überlappen, so daß Vergleiche zwischen den erzeugten Signalen gemacht werden können, um die Genauigkeit und/oder Stabilität des Meßsystems zu bestimmen. Es kann auch eine Selbstprüfung unter den Beschleunigungsmessern jedes Beschleunigungs­ messer-Systems vorgesehen werden. Geeignete Geräte (nicht gezeigt) können vor­ gesehen werden einschließlich Integrierschaltungen zum Integrieren der Aus­ gänge der Beschleunigungsmesser mit einer langen Zeitkonstante (um die Differential-Effekte einer vibrierenden oder schwingenden Rotation zu eliminieren und zum Vergleichen der Ergebnisse, um Übereinstimmungen zwischen den Beschleunigungsmessern bzw. deren Ansprechverhalten herbeizuführen.

Die anhand von Fig. 2 beschriebene Trägheitsplattform verwendet zwei Be­ schleunigungsmesser mit großer Bandbreite, von denen jeder auf niederfrequente Trägheitsbewegungen des Fahrzeuges und auf die hochfrequenten Schwingungs­ bewegungen der Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, sowie irgendwelche, die durch das Fahrzeug induziert werden, anspricht.

Beschleunigungsmesser, die eine derart breite Ansprechbandbreite haben, sind jedoch relativ komplex und teuer. Eine alternative Ausführungsform eines Ein­ achsen-Beschleunigungsmesser-Systems ist in Fig. 3 dargestellt.

Das Beschleunigungsmesser-System A′x, das der x-Achse zugeordnet ist, hat ein Paar piezoelektrische Beschleunigungsmesser 40x und 40′x mit einem Hochfrequenz- Ansprechvermögen z. B. in einer Bandbreite von 3 Hz bis 2 KHz. Geeignete Be­ schleunigungsmesser sind der Typ 2250A, der von der Firma Endevco Corp., San Juan Capestrano, Kalifornien, U. S. A. hergestellt wird. Die hochfrequenten Beschleunigungsmesser, wie oben in der Beschreibung definiert, sind ähnlich angeordnet wie die Beschleunigungsmesser 15x und 15′x, die oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurden, d. h. sie haben gleiche Abstände vom Schwer­ punkt 14 und liegen auf gegenüberliegenden Seiten des Schwerpunktes, wobei ihre empfindlichen Achsen in Richtung der x-Achse liegen. Das Beschleunigungs­ messer-System hat ferner einen separaten niederfrequenten Beschleunigungs­ messer 30′′x, der ein konventionelles handelsübliches Trägheits-Qualitäts- Instrument ist, z. B. der vom Anmelder hergestellte Typ FA2, mit einer Frequenz­ ansprechbandbreite von Null bis über 50 Hz.

Die Ausgänge der beiden im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser 40x und 40′x werden über Anpaß-Verstärker 31 und 31′ (scaling amplifiers) an Summier- und Differenzverstärker 42 und 43 gelegt, deren Ausgänge an eine Korrektur­ schaltung 44 gelegt sind, die dem Schaltkreis 23 nach Fig. 2 entspricht.

Der Ausgang 45 des Summierverstärkers 42 gibt ferner Signale an eine Verknüpfungs­ schaltung 46, an welche die analogen Ausgangssignale des im niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessers 40′′x gelegt werden.

Die Signale der im hoch- und niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser werden geeignet in Verstärkern 47, 48 maßstäblich angepaßt (scaled), wobei diese Verstärker differentielle Ausgänge haben. Ein Ausgang jedes Verstärkers ist mit dem andern verbunden und bildet eine gemeinsame Verbindung 44 für ein Tiefpaßfilter 50, das Signale vom Verstärker 47 empfängt und für ein Hochpaßfilter 51, das Signale vom Verstärker 48 empfängt. Die Ausgänge der Filter sind mit zwei Eingängen eines Kombinierverstärkers 52 verbunden, der einen Ausgang 53 hat, welcher Be­ schleunigungsmesser-Signale, die sich über die kombinierte Bandbreite er­ strecken, an einen Analog/Digital-Wandler 54 gibt und damit an einen Computer 55, der dem Computer 22 nach Fig. 2 entspricht. Die Komponenten der Filternetz­ werke sind so gewählt, daß eine Übergangsfrequenz oder Kreuzungsfrequenz (cross­ over frequency) von etwa 10 Hz entsteht.

Entsprechende Beschleunigungsmesser-Systeme A′y und A′z erzeugen ebenfalls Summen- und Differenzsignale für die Korrekturschaltung 44 und hoch- und niederfrequente lineare Ansprechsignale für den Eingang des Computers 55.

Innerhalb dieses kombinierten Beschleunigungssignales sind nur Schwingungs­ komponenten vom Beschleunigungsmesser 40′′x, die kleiner sind als die 10Hz- Frequenz, Fehlern infolge des Größen-Effekts ausgesetzt, so daß, obwohl der Computer einen Korrektur-Algorithmus für den Größen-Effekt benötigt, er weniger komplex ist und relativ wenig Rechenkapazität wegen seiner Beschränkung auf einen Bereich von Frequenzen unter 10 Hz benötigt. Messungen der Fehler aufgrund des Größen-Effekts können weiter vereinfacht werden, wenn der im niederfrequenten Bereich arbeitende Beschleunigungsmesser, welcher einer der Achsen zugeordnet ist, im Schwerpunkt 14 angeordnet ist, so daß er keinen Fehlern aufgrund des Größen­ effekts ausgesetzt ist und kompensierende Algorithmen nur bezüglich der beiden anderen im niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser erforderlich sind.

Eine Trägheitsplattform mit Beschleunigungsmesser-Systemen, in welchen wenigstens die auf hochfrequente Bewegungen ansprechenden Teile symmetrisch angeordnet sind, damit sie gemeinsame Stoßzentren koinzident mit dem Schwerpunkt der Vorrichtung haben, ermöglicht es, translatorische und Rotations- Schwingungen zu bestimmen und zu verwenden zur Eliminierung von Fehler­ quellen, wie z. B. die sogenannten Kegel-Effekte und Sculling-Effekte, in analoger Form und mit größerem Vorteil als bei Verwendung digitaler Signale in den konventionellen Computern, wobei jedoch Fehler aufgrund von Größen- Effekten eliminiert oder mindestens reduziert werden.

Wie oben erwähnt, können Einrichtungen zur Selbstüberprüfung zwischen den im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessern jedes Systems vorgesehen sein. Ferner können solche Einrichtungen vorgesehen sein, wenn eine Überlappung der Operations- Bänder im hochfrequenten Bereich arbeitenden und der im niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser vorliegt. Signale in dem gemeinsamen Band können durch entsprechende Bandpaßfilter getrennt und verglichen werden, um eine Abweichung von der Konformität des Ansprechverhaltens festzustellen.

Es können auch Beschleunigungsmesser-Systeme mit Beschleunigungs­ messern großer Bandbreite oder Kombinationen von Beschleunigungsmessern mit begrenzten Bandbreiten gebildet werden.

Da ein in sich geschlossenes Beschleunigungsmesser-System geeicht hergestellt werden kann, um ein gewünschtes Ansprechverhalten über die gesamte Bandbreite zu schaffen, ist es einfacher in einem System ersetzbar als individuelle Be­ schleunigungsmesser mit unterschiedlichen Charakteristiken. Ein solches in sich geschlossenes Beschleunigungsmesser-System kann paarweise als alternative Ausführungsform von Beschleunigungsmessern mit großer Band­ breite, wie oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, benutzt werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung mit Beschleunigungsmessern und einer Trägheits­ plattform, welche drei Beschleunigungsmesser-Systeme auf­ weist, von denen jedes einer von drei wechselweise zuein­ ander senkrechten Achsen zugeordnet ist und jedes ein Paar von Beschleunigungsmessern aufweist, die auf der zugeord­ neten Achse in gleichen Abständen von einem Stoßzentrum der anderen Beschleunigungsmesserpaare angeordnet sind, an welchem sich die Achsen schneiden, bei der jedes Beschleu­ nigungsmesserpaar auf Hochfrequenzschwingungen längs einer der anderen Achsen anspricht, wobei keine zwei Paare von Beschleunigungsmessern auf Beschleunigung längs ein und derselben Achse ansprechen, und bei der Signalverarbei­ tungsschaltungen vorgesehen sind, welche aus dem von dem jeweils zugeordneten Paar von Beschleunigungsmessern erhal­ tenen Signalen ein Differenzsignal erzeugen, welches die Winkelbeschleunigung der Vorrichtung um die Achse wiedergibt, welche wechselweise senkrecht zu der Achse, auf der das zugeord­ nete Paar von Beschleunigungsmessern angeordnet ist, und der Achse steht, längs der das Paar von Beschleunigungsmessern auf hochfrequente Schwingungen anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Beschleuni­ gungsmesser-System einen Beschleunigungsmesser aufweist, welcher auf niederfrequente Schwingungen anspricht, und daß die Signalverarbeitungsschaltungen aus den von dem jeweili­ gen Paar der im hochfrequenten Bereich arbeitenden Be­ schleunigungsmesser erhaltenen Signale ein Summensignal erzeugen, welches die Schwingungsbeschleunigung der Vor­ richtung längs der Achse wiedergibt, auf der das jeweili­ ge Paar der im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser jeweils anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltungen eine Bemessungsschaltung zur Steuerung der absoluten und relativen Amplitude der Signale aufweisen, die von den beiden im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessern eines Beschleunigungsmesser-Systems erzeugt werden, sowie einen auf diese Signale ansprechenden Summierverstär­ ker, der ein den algebraischen Mittelwert dieser Signalwer­ te wiedergebendes Summensignal erzeugt, und einen Diffe­ renzverstärker, der auf die Differenzen in Größe und Pola­ rität ansprechende Differenzsignale erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein geschlossenes kubisches Gehäuse aufweist und daß die Paare von im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessern, die jeweils den drei orthogonalen Achsen zugeordnet sind, an gegenüberliegenden Innenseiten des Gehäuses angebracht sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungen zur Selbstprüfung vorgese­ hen sind, welche die Signale vergleichen, die von dem im hochfrequenten Bereich arbeitenden Paar von Beschleuni­ gungsmessern eines Beschleunigungsmesser-Systems erzeugt und über eine Zeitspanne aufintegriert sind, die relativ zu derjenigen der Rotationsbewegung zwi­ schen dem Paar von Beschleunigungsmessern lang ist und eine Veränderung im Ansprechverhalten anzeigen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Beschleunigungsmesser-System zwei Beschleunigungsmesser hat, von denen jeder eine Arbeits­ bandbreite hat, die von Null Hertz bis zu mehreren Kilohertz reicht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Beschleunigungsmesser-System sepa­ rate Beschleunigungsmesser für die Messungen von nieder­ frequenten und hochfrequenten Beschleunigungen aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im niederfrequenten Bereich arbeitende Beschleunigungs­ messer eines Beschleunigungsmesser-Systems im Schwerpunkt der Vorrichtung ange­ ordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Verknüpfungsschaltung, die auf die Summensignale der Signalverarbeitungsschaltungen und auf die Signale des im niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessers eines Beschleunigungsmesser-Systems zur Erzeugung eines einheitlichen Beschleunigungssignales anspricht, das sich über eine Bandbreite erstreckt, welche die niederfrequenten und die hochfrequenten Arbeitsbereiche der im niederfrequenten Bereich arbeitenden und der im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser des Beschleunigungsmesser-Systems einschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschaltung ein Kreuzungsfilter-Netzwerk mit einem Tiefpaßfilter zum Empfang von Signalen von dem im niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser eines Beschleunigungsmesser-Systems und zum Abgeben von Signalen mit Frequenzen unter einer vorgegebenen Kreuzungsfrequenz, und mit einem Hochpaßfilter zum Empfang von Signalen vonn dem Summierverstärker der Sig­ nalverarbeitungsschaltung und zur Abgabe von Signalen über dieser Kreuzungsfrequenz aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeich­ net durch eine weitere Selbstprüfungsschaltung mit Filtern zur Abgabe von Signalen von dem im niederfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmesser eines Beschleunigungsmesser-Systems und Signalen von den im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessern des Beschleunigungsmesser-Systems an ein Band, das beiden Beschleunigungsmesserarten gemein­ sam ist, und durch eine Vergleichsschaltung für die Signale der jeweiligen Beschleunigungsmesserart, welche eine Ver­ änderung im Ansprechverhalten anzeigt.

11. Trägheitsplattform mit drei orthogonalen Achsen, wobei jeder dieser drei orthogonalen Achsen ein Kreisel und ein Beschleunigungsmesser-System zugeordnet ist, welches jeweils ein Paar von im hochfrequenten Bereich arbeitenden Beschleunigungsmessern aufweist, die in gleichen Abständen um ein Stoßzentrum angeordnet sind, das für die jeweiligen anderen orthogonalen Achsen gemeinsam ist, sowie mit auf die Signale der Kreisel und Beschleunigungsmesser ansprechenden Signalverarbeitungsschaltungen, gekennzeichnet durch eine analoge Korrekturschaltung, die auf die Summensignale und die Differenzsignale von jedem Beschleunigungsmesser-System anspricht und Korrektursignale bezüglich durch den Kegel-Effekt oder den Sculling-Effekt verursachte Fehler liefert, wobei diese Korrektursignale zusammen mit den Signalen der Beschleunigungsmesser und der Kreisel verarbeitet werden.

12. Trägheitsplattform nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Kreuzschaltung, die auf eine Bewegung um die orthogonalen Achsen wiedergebende Signale der Kreisel sowie auf eben­ falls eine Bewegung um die orthogonalen Achsen wiedergebende Signale der Beschleunigungsmesser zum Vergleichen des Ansprechverhaltens der den Kreiseln und Beschleunigungsmessern zugeordneten Signalverarbeitungsschaltungen anspricht.