DE3443317A1

DE3443317A1 - Verfahren und einrichtung zur abgleichung von traegheits-navigationssystemen

Info

Publication number: DE3443317A1
Application number: DE19843443317
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Phys. 8202 Bad Aibling Hupke; Hans Florian Dipl.-Phys. Dr. 8011 Höhenkirchen Schwegler
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1986-06-05

Description

Verfahren und Einrichtung zur Abgleichung von Träg-
heits-Navigationssystemen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtung zur Abgleichung von Trägheits-Navigationssystemen von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen.
Derartige Verfahren und Einrichtungen werden zur Abgleichung von Trägheits-Navigationssystemen in Fahrzeugen vor dem Start, bzw. Fahrbeginn eingesetzt, um eine Korrektur der aus den Gerätetoleranzen, Regelfehler, Kreiseldrift etc. stammenden Fehler im Trägheits-Navigationssystem vornehmen zu können.
Aus der DE-AS 15 48 436 ist ein Trägheits-Navigationssystem bekannt geworden, bei dem die Ausbildung und Anordnung der Plattform und der Trägheitsinstrumente vorrangig auf die Vermeidung von Abgleichfehlern während der thermischen Stabilisierungsphase der Instrumente gerichtet ist, um die Zeit für die Vorabflug-Abgleichung zu verringern.
Hierzu ist ein großer und komplexer mechanischer Aufwand in Kauf genommen worden und außerdem sind, z.B.
durch Antriebsfehler, sowie durch Fertigungs- und Gerätetoleranzen weiterhin, bzw. weitere Fehlerquellen vorhanden. Ferner wird dabei der stationäre Zustand des Fahrzeuges und dessen Positionsberechnung nicht erfaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, mittels dieser mit geringem Aufwand eine präzise Fehlerkorrektur im Trägheits-Navigationssystem zur genauen und raschen Positionsberechnung des im stationären Zustand befindlichen Fahrzeuges erreichbar ist und damit die Zeit für die Abgleichung vor dem Start auf ein Minimum beschränkbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 niedergelegten Maßnahmen in zuverlässiger und überraschend wirkungsvoller Weise gelöst.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der vereinfachten Einrichtung, Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der verfeinerten Einrichtung, Fig. 3 ein Gradienten behaftetes Signal, Fig. 4 ein schematisch dargestelltes Signalverhalten.
Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, wird das vom Trägheitssystem 1 - das in bekannter Weise aus einer oder mehreren Plattformen mit Trägheitsinstrumenten gebildet wird - ausgehende Geschwindigkeitsmeßsignal Vin zum Schalter 5 geführt.
Die mechanische Vorrichtung 2, die eine nicht gezeigte Handbremse 11 darstellt, zeigt mit der Stellposition "angezogen oder gelöst" den augenblicklichen stationären Sd oder nicht stationären Bw Zustand des nicht dargestellten Fahrzeuges dem Standdetektor 4 bzw. dem Stellglied 4a über die elektronische oder mechanische Verbindung Hs an. Daraufhin wird von diesem das am Schalter 5 anstehende Geschwindigkeitsmeßsignal Vin mittels des Stellsignals Ss entsprechend der vorgenannten Stellposition, d.h. im ersten Fall zur Korrektureinheit 6 oder im zweiten Fall direkt zum Integrierer 8 geschaltet.
Das Ausgangssignal 6V der Korrektureinheit 6 wird anschließend mit dem Geschwindigkeitsmeßsignal Vin zur Summierung zum Addierer 7 und als Summensignal Su weiter zu dem als Rechner ausgebildeten Integrierer 8 geleitet.
Damit wird zur genauen Positionsberechnung des Fahrzeuges, das in dessen stationären Zustand Sd aus den vorgenannten Gründen eine Geschwindigkeit oder geringe Bewegung des Fahrzeuges vortäuschende Geschwindigkeitsmeßsignal Vin korrigiert.
Der stationäre Zustand Sd oder nicht stationäre Zustand Bw des Fahrzeuges kann entsprechend Fig. 2 auch ohne Erfassung der Stellposition der Handbremse 11 bestimmt werden, indem das Verhalten des Geschwindigkeitsmeßsignales Vin von der elektronischen Einrichtung 3 im Standdetektor 4 nach Fig. 3 und 4 ausgewertet wird.
Bei der bekannten, daher nicht näher dargestellten elektronischen Einrichtung 3 handelt es sich um einen Differenzintegrator 9, der nach Fig. 3 den Gradienten EV des Geschwindigkeitsmeßsignals Vin in Zeitabständen t mißt und diesen Wert in Signalform jeweils z.B.
einem Rechner im Standdetektor 4 zum Vergleich mit dem vorbestimmten Wert eines zulässigen Gradienten Vzul zuführt. Bei einer vom Standdetektor 4 festgestellten Unterschreitung des Gradienten Vzul oder bei dessen Gleichstellung ist somit vom Standdetektor 4 der stationäre Zustand Sd des Fahrzeuges erkennbar und das Geschwindigkeitsmeßsignal Vin wird zur Korrektur mittels des Schaltelementes 4b - wie im Fall der angezogenen Handbremse 11 - über den Schalter 5 zur Korrektureinheit 6 und zum Addierer 7 geleitet.
Anstatt des Differenzintegrators 9 kann auch ein Schwellwertgeber 10 eingesetzt werden, der entsprechend der Fig. 4 den Pegel P des Geschwindigkeitsmeßsignals Vin in Zeitabständen t ermittelt. Dadurch ist bei Unterschreitung der Schwellwertgrenze Sg der stationäre Zustand Sd des Fahrzeuges bestimmbar. Wie vorbeschrieben wird daraufhin das Geschwindigkeitsmeßsignal Vin über Schalter 5 einer Korrektur zugeführt.
Auf die gleiche Art oder zusätzlich kann z.B. vom Standdetektor 4 das Verhalten des Kursignals Ks anstatt das des Geschwindigkeitsmeßsignal Vin zur Bestimmung des stationären Zustandes Sd des Fahrzeuges herangezogen und damit durch eine Korrektur eines der beiden Signale die genaue Fahrzeugposition berechnet werden, wobei jedoch die Weiterschaltung des Kurssignals Ks in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Des weiteren kann gemäß Fig. 2 die elektronische Einrichtung 3 eine Schaltung aufweisen, die durch einen Vergleich zwischen dem Kurssignal Ks und dem Geschwindigkeitsmeßsignal Vin bezüglich einer vorbestimmten Verhältnisgröße dem Standdetektor 4 den Fahrzeugzustand anzeigen kann.
Die im Standdetektor 4 enthaltenen bekannten mechanischen und elektrischen Anordnungen sowie die Schaltungen, die u.a. auch einen Rechner darstellen können, sind nicht der Erfindung zugehörig und werden daher auch nicht näher beschrieben.
Das Arbeitsverfahren eines Kalman-Filters in der Korrektureinheit 6 für die Korrektur des Geschwindigkeitsmeßsignals Vin oder des Kursignals Ks ist ebenfalls bekannt und wird daher nicht erläutert.
Mittels dem Vergleich der Gradienten der Signale Vin und Ks, deren Vergleich untereinander oder mittels der Überschreitung der Schwellwertgrenze Sg kann wie im Fall der gelösten Handbremse 11 auch der nicht stationäre Zustand Bw des Fahrzeuges sehr einfach vom Standdetektor 4 festgestellt werden.
Zusätzlich zum Differenzintegrator 9 oder zum Schwellwertgeber 10 können gleichermaßem in bekannter jedoch nicht dargestellter Weise auch andere Sensoren, wie beispielsweise ein Doppler zur Korrektur des Geschwindigkeitsmeßsignales Vin oder des Kurssignales Ks eingesetzt werden.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin begründet, daß mittels eines aufwandlosen Verfahrens und mit einfachen Mitteln der echte Stillstand bzw. die Bewegung des Fahrzeuges stets genau bestimmt werden kann und somit das gerätebedingt fehlerbehaftete Geschwindigkeitsmeßsignal des Trägheitssystems auf den stationären Zustand des Fahrzeuges für dessen präzise und kurzfristige Positionsberechnung korrigierbar ist.
Das bedeutet, daß hiermit bei laufenden Trägheitssystemen selbst nach vielen kleinen Bewegungen des Fahrzeuges vor Ort, dessen genaue Positionsberechnung vor dem eigentlichen Start in einfacher Weise optimiert werden kann.
Die hier mit elektronischen Mitteln durchführbare Korrektur verhindert darüberhinaus die Bildung weiterer verfälschender Toleranzen bei der Abgleichung von Trägheits-Navigationssystemen, bzw. bei der Abgleichung des für die Positionsberechnung betreffenden Signalausganges des Trägheitssystems. Außerdem ist diese Einrichtung aus einfachen Komponenten zusammenstellbar und sie ist in vorteilhafter Weise für Luftfahrtzwecke von sehr leichtem Gewicht und geringem Volumen.

Claims

Verfahren und Einrichtung zur Abgleichung von Trägheits-Navigationssystemen Patentansprüche 1. Verfahren und Einrichtung zur Abgleichung von Trägheits-Navigationssystemen von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der stationäre Zustand des Fahrzeuges mittels einer mechanischen Vorrichtung (2) oder elektronischen Einrichtung (3) von einem Standdetektor (4) bestimmt wird und dieser unter Einwirkung auf einen Schalter (5) das vom Trägheitssystem (1) ausgehende Geschwindigkeitsmeßsignal (Vin) an einen Addierer (7) sowie an eine Korrektureinheit (6) weiterleitet, deren Ausgangssignal (bV) auf das Geschwindigkeitsmeßsignal (Vin) im Addierer (7) summiert und von diesem als Summensignal (Su) einem Integrierer (8) zugeleitet wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß im Standdetektor (4) ein Stellglied (4a) angeordnet ist, mittels diesem über eine Verbindung (Hs) die angezogene oder gelöste Position der mechanischen Vorrichtung (2) abgreifbar sowie durch ein Stellsignal (Ss) der Schalter (5) betätigbar ist,
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß mittels der im Standdetektor (4) vorgesehenen und ein Schaltelement (4b) aufweisenden elektronischen Einrichtung (3) das Signalverhalten des Geschwindigkeitsmeßsignals (Vin) und/oder des Kurssignals (Ks) bezüglich deren Gradienten- oder Schwellwertunterschreitungen für die Betätigung des Schalters (5) abnehmbar ist.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß mittels der im Standdetektor (4) vorgesehenen und das Schaltelement (4b) aufweisenden elektronischen Einrichtung (3) ein Vergleich zwischen dem Geschwindigkeitsmeßsignal (Vin) und dem Kursignal (Ks) hinsichtlich deren Signalverhalten in bezug auf eine vorbestimmte Verhältnisgröße zur Betätigung des Schalters (5) durchführbar ist.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die mechanische Vorrichtung (2) eine Handbremse (11) ist.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektronische Einrichtung (3) ein Differenzintegrator (9) bzw. ein Schwellwertgeber (10) ist.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektronische Einrichtung (3) eine Schaltung zum Vergleich des Signalverhaltens aufweist.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Standdetektor (4) und der Integrierer (8) jeweils einen Rechner enthalten.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Korrektureinheit (6) ein Kalman-Filter oder eine nach ähnlichen Prinzipien arbeitende Schaltung ist.
10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Addierer (7) derart ausgebildet ist, daß mittels diesem das Ausgangssignal (dV) der Korrektureinheit (6) mit dem Geschwindigkeitsmeßsignal (Vin) zur Verarbeitung im Integrierer (8) als Summensignal (Sv) summierbar ist.