DE4342596A1 - Electronic magnetic compass for compensation of course indication errors caused by ship's inclination - Google Patents

Electronic magnetic compass for compensation of course indication errors caused by ship's inclination

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DE4342596A1
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Hans-Ruediger Uhlig
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UHLIG HANS RUEDIGER
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UHLIG HANS RUEDIGER
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    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B49/00Arrangements of nautical instruments or navigational aids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38Testing, calibrating, or compensating of compasses

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Abstract

The compensating vertical ship's field strength is varied by systematic testing so that the sum of the squares of the measurement values of three mutually perpendicular magnetic field probes is independent of the ship's inclination. The magnetic field probes are rigidly attached wrt each other to form a triple probe which is suspended as a unit from a gimbal suspension. The vertical ship's field strength so determined is used as the compensating field strength for the course indication error.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für elektronische Magnetkompasse, die zur Kompensierung der Kursanzeigefehler dient, die bei Neigungen des Schiffes um seine Längs- und Quer­ achse (Krängung bzw. Trimm) entstehen.The invention relates to a device for electronic Magnetic compasses used to compensate for heading errors serves the inclination of the ship about its longitudinal and transverse axis (heel or trim) arise.

Elektronische Magnetkompasse sind bekannt. Elektronische Senso­ ren liefern Informationen über die Komponenten des magnetischen Erdfeldes in bezug auf bestimmte schiffsfeste Richtungen. Aus diesen Informationen erhält man durch geeignete elektronische Weiterverarbeitung die gesuchte Information über den anliegen­ den Schiffskurs, d. h. den Winkel, den die Schiffsvorausrichtung mit der Horizontalkomponente des Erdfeldvektors bildet. Diese Kursinformation wird auf einem Anzeigegerät dargestellt oder in andere Anlagen, z. B. Selbststeueranlagen, eingegeben.Electronic magnetic compasses are known. Electronic senso Ren provide information about the components of the magnetic Earth field in relation to certain fixed directions. Out This information can be obtained through suitable electronic Further processing the information you are looking for the ship's course, d. H. the angle that the ship's alignment forms with the horizontal component of the earth field vector. These Course information is displayed on a display device or in other plants, e.g. B. self-steering systems, entered.

Bei einer häufig verwendeten Anordnung werden Sensoren verwen­ det, die die Längsschiffskomponente, künftig mit 1 bezeichnet, und die Querschiffskomponente, künftig mit q bezeichnet, mes­ sen. Ist H die Horizontalkomponente des magnetischen Erdfeldes und z der anliegende Schiffskurs, dann ist:A commonly used arrangement uses sensors det, the longitudinal ship component, designated 1 in future, and the transept component, in the future designated q, mes sen. H is the horizontal component of the earth's magnetic field and z the adjacent ship course, then is:

1 = H* cos z und g = -H*sin z Gl. (1)1 = H * cos z and g = -H * sin z Eq. (1)

Nach Division von q durch 1 erhält man den Tangens von z und daraus den Schiffskurs z.After dividing q by 1, the tangent of z and from it the ship course z.

Bei elektronischen Magnetkompassen entstehen - wie bei her­ kömmlichen Magnetkompassen auch - bei Neigungen des Schiffes um seine Längsachse (Krängung) und um seine Querachse (Trimm) infolge der Hochschiffskomponente R des magnetischen Schiffs­ feldes Fehlanzeigen. Diese werden im Rahmen der üblichen Kom­ paßregulierung dadurch beseitigt, daß am Ort des Magnetkompas­ ses ein dem Hochschiffsfeld R entgegengerichtetes dem Betrag nach gleiches kompensierendes Hochschiffsfeld Rk erzeugt wird, so daß die am Kompaßort herrschende gesamte (mit dem Schiff sich mitneigende) Hochschiffskomponente R′ (R′= R + Rk) gleich Null ist. (Kompensierung des Krängungsfehlers, auch K-Kompensierung genannt).In the case of electronic magnetic compasses, as with conventional magnetic compasses, there are false indications when the ship is tilted about its longitudinal axis (heel) and about its transverse axis (trim) as a result of the high ship component R of the magnetic ship field. These are eliminated within the scope of the usual com paßregulierung that at the location of the Magnetkompas ses the opposite direction of the highship field R is generated the same compensating highship field R k , so that the prevailing at the compass location total (with the ship inclining) highship component R ' (R ′ = R + R k ) is zero. (Compensation of the heeling error, also called K compensation).

Rk wird bei herkömmlichen Magnetkompassen meist mit einem oder mehreren Kompensiermagneten erzeugt, bei elektronischen Magnet­ kompassen häufig mit Hilfe einer gleichstromdurchflossenen Spu­ le, deren Spulenachse in Hochschiffsrichtung zeigt (sog. K-Spu­ le).R k is usually generated with conventional magnetic compasses with one or more compensating magnets, with electronic magnet compasses often with the aid of a coil through which direct current flows, the coil axis of which points in the direction of the nave (so-called K coil).

Zum Erkennen des kompensierten Zustandes, d. h. zum Erkennen, ob die gesamte Hochschiffsfeldstärke R′ gleich Null ist, wird bei herkömmlichen Magnetkompassen die sog. K-Waage angewendet. Sie wird an einem magnetisch ungestörten Ort in der Nähe des Kom­ pensierplatzes - an dem das Schiffsfeld nicht wirksam ist - so abgeglichen, daß sie im Gleichgewicht ist, wenn allein die ungestörte Vertikalkomponente Z des magnetischen Erdfeldes wirksam ist. Zum Kompensieren an Bord des Schiffes wird dann die K-Waage an den Ort des Rosenmagnetsystems des Kompasses gebracht und die Kompensiervorrichtung so eingestellt (durch Stellung, Anzahl und Stärke der K-Magnete), daß die K-Waage im Gleichgewicht ist. (Der Kompaß muß dazu aus seiner Halterung entfernt werden!). Auf diese Weise wird die gesamte Hoch­ schiffsfeldstärke R′ zu Null gemacht.To recognize the compensated state, i.e. H. to see if the total high field strength R 'is zero, at conventional magnetic compasses used the so-called K-scale. she is located in a magnetically undisturbed location near the com pensierplatzes - at which the ship field is not effective - so adjusted that it is in equilibrium if only that undisturbed vertical component Z of the magnetic earth field is effective. Then to compensate on board the ship the K scale to the location of the compass rose magnet system brought and the compensation device adjusted (by Position, number and strength of the K-magnets) that the K-scale in Balance is. (The compass has to be removed from its holder be removed!). This way the entire high Ship field strength R 'made zero.

Bei elektronischen Magnetkompassen kann die K-Kompensierung nicht in der geschilderten Weise durchgeführt werden, weil die Sensoren mechanisch so in das Kursabtastelement integriert sind, daß sie nicht in der nötigen einfachen Weise aus diesem zum Kompensieren herausgenommen werden können. Außerdem kann eine K-Waage wegen ihrer Größe nicht an den Ort der Sensoren gebracht werden. Üblicherweise wird daher zusätzlich zu den beiden Sensoren in Längs- und Querschiffsrichtung ein dritter zu diesen senkrechter Sensor angebracht, der die Hochschiffs­ komponente des aus der Überlagerung des Erdfeldvektors mit dem vom Schiff herrührenden Magnetfeld mißt. Diesen Meßwert nennen wir künftig h. Die K-Kompensierung wird vorgenommen, indem mit Hilfe der zugehörigen Kompensiervorrichtung für K das kompen­ sierende Hochschiffsfeld Rk so gewählt wird, (z. B. durch Ein­ stellen des in der K-Kompensierspule fließenden Stromes), daß bei nicht geneigtem Schiff der Meßwert h gleich der Vertikal­ komponente Z des am Kompensierort herrschenden ungestörten Erdfeldes (d. h. insbesondere: ohne Überlagerung durch das vom Schiff erzeugte Magnetfeld) wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei seiner Anwendung vorausgesetzt werden muß,In the case of electronic magnetic compasses, the K compensation cannot be carried out in the manner described because the sensors are mechanically integrated into the course scanning element in such a way that they cannot be removed from it in the simple manner necessary for compensation. In addition, due to its size, a K-scale cannot be brought to the location of the sensors. Usually, therefore, in addition to the two sensors in the longitudinal and transversal direction, a third sensor is attached to this perpendicular sensor, which measures the tall ship component of the superposition of the earth field vector with the magnetic field originating from the ship. In future we will call this measured value h. The K compensation is carried out by using the associated compensating device for K to select the compensating highship field R k (e.g. by adjusting the current flowing in the K compensating coil) that the measured value when the ship is not inclined h becomes the vertical component Z of the undisturbed earth field prevailing at the compensation location (ie in particular: without being superimposed by the magnetic field generated by the ship). This method has the disadvantage that it must be assumed that

  • - daß Z genügend genau bekannt ist, und- that Z is sufficiently well known, and
  • - daß die Anzeige-des Hochschiffssensors nicht nur re­ lativ sondern auch absolut genügend genau ist, denn dieses Verfahren ist - im Gegensatz zu dem mit der herkömmlichen K-Waage - keine "Nullmethode".- That the display of the high ship sensor is not only right is relative but also absolutely sufficiently precise, because this procedure is - in contrast to that with the conventional K-scale - not a "zero method".

Das bedeutet, daß die K-Kompensierung nicht überall durchge­ führt werden kann, denn die üblichen Seekarten enthalten keine Angabe der Vertikalkomponente Z; Informationsmaterial über diese Größe ist im allgemeinen nicht an Bord vorhanden. Wegen der Forderung nach absoluter Genauigkeit wird der Hochschiffs­ sensor aufwendiger und damit teurer oder es wird - wenn diese Forderung nicht erfüllt ist - die Kompensierung ungenau.This means that the K compensation does not go through everywhere can be led, because the usual nautical charts do not contain Specification of the vertical component Z; Information material about this size is generally not available on board. Because of The highships meet the demand for absolute accuracy sensor more complex and therefore more expensive or it will - if this The requirement is not met - the compensation is imprecise.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beschriebenen Nachteile dadurch vermieden, daß die natürlichen Bewegungen des Schiffes im Seegang zur K-Kompensierung benutzt werden. Dazu wird zunächst durch elektronische Weiterverarbeitung der Meß­ werte l, q und h aus diesen die Quadratsumme S = l² + q² + h² gebildet. S ist dann und nur dann von dem Krängungswinkel i (Neigungswinkel der Schiffshochachse um die Schiffslängsachse gegen die Vertikalrichtung) unabhängig, wenn die Hochschiffs­ feldstärke R′ gleich Null ist.In the method according to the invention, those are described Disadvantages avoided in that the natural movements of the Vessel can be used to compensate for K in the sea. To is first by electronic processing of the measurement values l, q and h from these the sum of squares S = l² + q² + h² educated. S is then and only then from the heel angle i (Tilt angle of the ship's vertical axis around the ship's longitudinal axis against the vertical direction) independently when the tall ships field strength R ′ is zero.

Aus Abb. 1 ergeben sich die fol­ genden Beziehungen:The following relationships result from Fig. 1:

l = H* cos zl = H * cos z

q = -H*sin z - R′*sin i Gl. (2)q = -H * sin z - R ′ * sin i Eq. (2)

h = Z + R′*cos ih = Z + R ′ * cos i

Durch Quadrieren und Addieren der Quadrate erhält man nach einigen Umformungen:By squaring and adding the squares one obtains some transformations:

S = 1² + q² + h² = Gl. (3)S = 1² + q² + h² = Eq. (3)

= (Z² + R′² + H² + 2*Z*R′*cosi) + 2*H*R′*sini*sinz.= (Z² + R′² + H² + 2 * Z * R ′ * cosi) + 2 * H * R ′ * sini * sinz.

Aus Gl. (3) erkennt man, daß S vom Krängungswinkel i unabhängig ist, wenn R′ gleich Null ist. Erfindungsgemäß benutzt man die­ sen Zusammenhang, um durch systematisches Ändern des kompensie­ renden Feldes Rk den Wert von Rk zu ermitteln, bei dem S vom Krängungswinkel i unabhängig ist. Das kann man z. B. daran er­ kennen, daß der Korrelationskoeffizient rs,i zwischen den Meß­ größen S und i zu Null wird. Der "richtige" Wert der kompensie­ renden Hochschiffsfeldstärke Rk ist dann eingestellt, wenn dieser Korrelationskoeffizient gleich Null ist.From Eq. (3) it can be seen that S is independent of the heel angle i when R 'is zero. According to the invention, this relationship is used to determine the value of R k by systematically changing the compensating field R k , in which S is independent of the heeling angle i. You can do that e.g. B. he know that the correlation coefficient r s, i between the measured variables S and i is zero. The "correct" value of the compensating highship field strength R k is set when this correlation coefficient is zero.

Weiterhin erkennt man aus Gl. (3), daß die Quadratsumme S um so stärker von i abhängt, je größer der Betrag von sin z ist; das heißt, daß diese K-Kompensierung möglichst auf Schiffskur­ sen nahe dem Ost- oder dem Westkurs durchgeführt werden sollte. Auf diesen Kursen ist die Kompensiermethode am genauesten, weil hier schon kleine Änderungen von R′ merkliche Änderungen des Korrelationskoeffizienten bewirken.You can also see from Eq. (3) that the sum of squares S is so depends more on i, the greater the amount of sin z; that means that this K compensation on a ship course if possible should be carried out close to the east or west course. The compensation method on these courses is most accurate because here already small changes of R ′ noticeable changes of the Cause correlation coefficients.

Bei der Durchführung der erfindungsgemäßen K-Kompensierung werden, während das Schiff Rollbewegungen ausführt, in regelmä­ ßigen Zeitabständen d gleichzeitig die Größen l, q, h und i gemessen und elektronisch gespeichert. Die Zeitabstände d wer­ den so gewählt, daß während einer Rollperiode mehrere Messungen (z. B. 10) durchgeführt werden. Die Messungen werden über mehre­ re Rollperioden hinweg durchgeführt, so daß jeweils n (z. B. n = 30 bis 40) Meßwerte entstehen. Aus den Meßwerten lm, qm und hm (m = 1 . . . n) wird jeweils die Quadratsumme Sm gebildet und zu­ sammen mit den gleichzeitig gemessenen Werten im für den Krän­ gungswinkel abgespeichert. Nach Abschluß der n Messungen werden die MittelwerteWhen carrying out the K compensation according to the invention, the quantities l, q, h and i are measured and stored electronically at regular time intervals d while the ship is rolling. The time intervals d who chosen the so that several measurements (z. B. 10) are carried out during a rolling period. The measurements are carried out over several rolling periods, so that in each case n (e.g. n = 30 to 40) measured values are produced. The sum of squares S m is formed from the measured values l m , q m and h m (m = 1... N) and stored together with the values measured simultaneously for the heel angle. After completing the n measurements, the mean values

SMittel = (S₁ + . . . + Sm + . . . + Sn)/n und iMittel = (i₁ + . . . + im + . . . + in)/n Gl. (4)S mean = (S₁ +... + S m +... + S n ) / n and i mean = (i₁ +... + I m +... + I n ) / n Eq. (4)

berechnet.calculated.

Anschließend wird nach Gl. (5) der Korrelationskoeffizient rs,i berechnet:Then according to Eq. (5) the correlation coefficient r s, i calculates:

Zum Durchführen der K-Kompensierung wird zunächst die Messung und Berechnung von rs,i bei dem bestehenden Wert der kompensie­ renden Feldstärke Rk, Rk(1), durchgeführt. Ergibt sich für den ermittelten Wert von rs,i, rs,i(1), der Wert Null oder ein genü­ gend kleiner Betrag, dann ist der Kompensiervorgang abgeschlos­ sen und der bisher verwendete Wert von Rk wird weiterverwendet. Ergibt sich ein rs,i größer als Null, dann ist R′ größer als Null und es wird als zweiter Näherungswert für Rk, Rk(2), ein kleine­ rer Wert angesetzt (das gilt auf östlichen Kursen; auf west­ lichen Kursen ist umgekehrt zu verfahren). Mit diesem Wert wird der beschriebene Vorgang wiederholt. Ergibt sich für den nun­ mehr ermittelten Wert von rs,i, rs,i(2), der Wert Null, ist der Kompensiervorgang abgeschlossen und Rk(2) wird als neuer Wert für die kompensierende Feldstärke angesetzt. Ist auch Rk(2) nicht gleich Null, wird ein dritter Näherungswert für Rk, Rk(3), nach folgender Gl. (6) berechnet:To carry out the K compensation, the measurement and calculation of r s, i at the existing value of the compensating field strength R k , R k (1) is carried out first. If the determined value of r s, i , r s, i (1) results in the value zero or a sufficiently small amount, the compensation process is completed and the previously used value of R k is used further. If there is an r s, i greater than zero, then R ′ is greater than zero and a smaller rer value is used as the second approximation for R k , R k (2) (this applies to eastern courses; to western courses is to be reversed). The described process is repeated with this value. If the value of r s, i , r s, i (2), which is now more determined, is zero, the compensation process is completed and R k (2) is used as the new value for the compensating field strength. If R k (2) is also not equal to zero, a third approximation for R k , R k (3), according to the following Eq. (6) calculated:

Rk(3) = [Rk(2)*rs,i(1)-Rk(1)*rs,i(2))/[rs,i(1)-rs,i(2)]. (6)R k (3) = [R k (2) * r s, i (1) -R k (1) * r s, i (2)) / [r s, i (1) -r s, i ( 2)]. (6)

Das beschriebene Verfahren wird fortgesetzt, bis der Korrela­ tionskoeffizient Null wird. Der zugehörige Wert von Rk ist der ermittelte Wert für die kompensierende Hochschiffsfeldstärke.The process described continues until the correlation coefficient becomes zero. The associated value of R k is the determined value for the compensating highship field strength.

Zur Messung von i kann jeder Krängungsmesser verwendet werden, der ein elektrisches Signal als Maß für den Krängungswinkel i abgibt. Insbesondere kann auch das System zur K-Kompensierung des elektronischen Magnetkompasses selbst zur Messung von i eingesetzt werden: Ein kurzzeitiger Stromimpuls von bekannter Größe wird durch die zur Erzeugung des kompensierenden Hoch­ schiffsfeldes verwendete Spule gegeben. Das von diesem Strom erzeugte Hochschiffsfeld erzeugt in dem Querschiffssensor kurz­ zeitig ein zusätzliches Magnetfeld. Dieses bewirkt kurzfristig eine Änderung des gemessenen Wertes q. Diese Änderung ist ein Maß für i. Any heeling knife can be used to measure i which is an electrical signal as a measure of the heel angle i delivers. In particular, the system for K compensation can the electronic magnetic compass itself for measuring i are used: A short-term current pulse of known Greatness is created by the compensating high given coil used. That from this stream generated highship field generated short in the transept sensor an additional magnetic field. This has a short-term effect a change in the measured value q. This change is a Measure for i.  

Anstelle der Rollbewegungen können auch die Stampfbewegungen des Schiffes zur K-Kompensierung - analog zu dem hier be­ schriebenen Verfahren - verwendet werden. Anstatt des Krän­ gungswinkels i ist dann der Stampfwinkel j anzusetzen, anstelle des Querschiffssensors mit dem Meßwert q der Längsschiffssensor mit dem Meßwert l. Anstatt der östlichen oder westlichen Kom­ pensierkurse sind in diesem Fall nördliche oder südliche Kurse zum Kompensieren zu wählen.Instead of the rolling movements, the ramming movements can also be used of the ship for K compensation - analogous to the one here written procedures - are used. Instead of the crane angle i is to be used instead of the ramming angle j of the transept sensor with the measured value q the longitudinal ship sensor with the measured value l. Instead of the eastern or western comm In this case, retirement courses are northern or southern Choose courses to compensate.

Ebenso können auch Neigungen um beliebige andere Achsen relativ zum Schiff verwendet werden, z. B. bei "interkardinalen" Sonden­ anordnungen. Die o.g. Formeln sind dann entsprechend zu modifi­ zieren: Linearkombinationen von i und j entsprechen Linearkom­ binationen von q und l.Likewise, inclinations can be relative to any other axis used for the ship, e.g. B. with "intercardinal" probes arrangements. The above Formulas are then too modifiable adorn: Linear combinations of i and j correspond to Linearkom binations of q and l.

Entsprechend kann auch die Quadratsumme S mit der Quadratsumme i² + j² oder der Quadratsumme sin² i + sin² j korreliert wer­ den.Correspondingly, the sum of squares S with the sum of squares i² + j² or the sum of squares sin² i + sin² j correlates the.

Beim Rollen und Stampfen des Schiffes im Seegang treten neben den genannten Schiffsneigungen (Krängung und Trimm) auch Beschleunigungen in horizontaler Richtung auf. Diese bewirken Schräglagen der kardanisch aufgehängten Sensoren für l und q. In diesem Fall wird durch das oben beschriebene Verfahren nicht genau der Krängungswinkel i (bzw. der Trimm j) gemessen sondern der Winkel zwischen der Schiffshochachse und der Richtung des Sensors für q (bzw. l), i′ (bzw. j′). Da die Winkel i und i′ (bzw. j und j′) stark korreliert sind, (vgl. hierzu auch Offen­ legungsschrift DE 41 24 002 A1, H.-R. Uhlig: Vorrichtung zur Kompensierung der dynamischen Fehler von elektronischen Magnet­ kompassen) kann das geschilderte Verfahren der Bestimmung von Rk mit Hilfe der Korrelationskoeffizienten angewendet werden.When rolling and pounding the ship in rough seas, accelerations in the horizontal direction occur in addition to the ship's inclinations (heeling and trim). These cause the gimbaled sensors for l and q to be inclined. In this case, the heeling angle i (or the trim j) is not exactly measured by the method described above, but the angle between the ship's vertical axis and the direction of the sensor for q (or l), i '(or j'). Since the angles i and i '(or j and j') are strongly correlated (see also laid-open document DE 41 24 002 A1, H.-R. Uhlig: Compensating device for compensating the dynamic errors of electronic magnets) the described method of determining R k can be applied using the correlation coefficients.

Während der beschriebenen Messungen der Größen l, q, h und i (bzw. j) mit geänderten Werten von Rk läuft die die Kursanzeige und die Gewinnung der Kursinformation (zur Eingabe z. B. in Selbststeueranlagen) ungestört weiter. Während der Impulsdauer wird die Kursübertragung abgeschaltet und der vor Impulsbeginn anliegende Kurswert wird während der Impulsdauer in das Kurs­ übertragungssystem eingegeben und nach Abschalten des Impulses wird die Kursübertragung wie vor dem Einschalten desselben weitergeführt (vgl. hierzu die o.g. Offenlegungsschrift).During the described measurements of the quantities l, q, h and i (or j) with changed values of R k , the course display and the acquisition of the course information (for input, for example, in self-steering systems) continue to run undisturbed. During the pulse duration, the course transmission is switched off and the course value before the start of the pulse is entered into the course transmission system during the pulse duration and after the pulse is switched off, the course transmission is continued as before the same was switched on (see the above-mentioned publication).

Die ermittelte verbesserte Kompensierfeldstärke Rk kann man in bekannter Weise zur Kompensierung des Krängungsfehlers benut­ zen, indem man in die K-Spule einen elektrischen Strom ein­ speist, der am Ort der Sensoren für q und 1 ein magnetisches Hochschiffsfeld der Größe Rk erzeugt. Man kann aber auch - erfindungsgemäß - den Wert Rk elektronisch abspeichern, die Werte sin i und sin j in der oben beschriebenen Weise durch Eingabe kurzer Stromstöße messen, die erhaltenen Werte mit dem gespeicherten Wert Rk multiplizieren und das Produkt zu dem gemessenen Wert von q bzw. l elektronisch addieren und die so erhaltenen Werte in bekannter Weise zur Gewinnung der Informa­ tion über den anliegenden Schiffskurs z verwenden. Dieses Ver­ fahren hat den Vorteil, daß bedeutend weniger elektrische Ener­ gie benötigt wird, da durch die K-Spule kein dauernder Strom fließen muß. Diese Energieersparnis erweist sich besonders beim Batteriebetrieb des elektronischen Magnetkompasses als wesent­ licher Vorteil: Der Kompaß kann wesentlich länger mit derselben Batterie betrieben werden, bei Ausfall der Stromversorgung des Schiffes können wesentlich längere Zeiten überbrückt werden, bis ein Ersatz der Batterie notwendig wird.The determined improved compensation field strength R k can be used in a known manner to compensate for the heeling error by feeding an electrical current into the K coil, which generates a magnetic high field of the size R k at the location of the sensors for q and 1. However, it is also possible - according to the invention - to store the value R k electronically, measure the values sin i and sin j in the manner described above by entering short current surges, multiply the values obtained by the stored value R k and add the product to the measured value of Add q or l electronically and use the values thus obtained in a known manner to obtain information about the adjacent ship course z. This method has the advantage that significantly less electrical energy is required since no constant current has to flow through the K coil. This energy saving proves to be a significant advantage, especially when the electronic magnetic compass is operated by battery: the compass can be operated with the same battery for a much longer time, and if the ship's power supply fails, significantly longer times can be bridged before the battery needs to be replaced.

Einen Näherungswert - zunächst für Z und daraus für den ge­ suchten Wert R′ - kann die Vorrichtung berechnen, indem man das Schiff auf Nord- oder Südkurs hält (gemäß der Kursanzeige des elektronischen Magnetkompasses). Das Einsteuern dieser Kurse kann von Hand oder auch mittels einer Selbststeueranlage geschehen, die von dem elektronischen Magnetkompaß als Kurs­ informationsgeber gesteuert wird. In diesen Fällen wird durch den Regelvorgang erreicht, daß der Meßwert q gleich Null ist. (Wegen möglicher gleichzeitig überlagerter Stampf- und Giervor­ gänge liegt dann nicht unbedingt der tatsächlich der genaue Kurs 0° bzw. 180° an.)An approximation - first for Z and from it for the ge searched value R ′ - can calculate the device by the ship is on a north or south course (according to the course display of the electronic magnetic compass). The control of this Courses can be done by hand or using a self steering system done by the electronic magnetic compass as a course information provider is controlled. In these cases, through reached the control process that the measured value q is zero. (Because of possible simultaneous superimposed tamping and yawing gears is not necessarily the exact one Course 0 ° or 180 °.)

Aus den Gleichungen (2) erhält man nach einigen Umformungen:From the equations (2) one obtains after a few transformations:

(h-Z)²+ q² + l² - R′² + H² + 2*H*R′*sin z * sin i Gl. (7)(hZ) ² + q² + l² - R′² + H² + 2 * H * R ′ * sin z * sin i Eq. (7)

Wenn man voraussetzt, daß sin z und sin i klein gegen Eins sind, dann kann man den letzten Summanden von Gl. (7) vernach­ lässigen und es folgt, daß die linke Seite von i unabhängig ist. Weiterhin ist nach Voraussetzung q = 0. Es werden bei zwei verschiedenen Krängungswinkeln die zugehörigen Werte von h (h₁ und h₂), und von l (l₁ und l₂) gemessen. Damit ergeben sich folgende Beziehungen:If one assumes that sin z and sin i are small against one then the last summand of Eq. (7) vernach casual and it follows that the left side is independent of i is. Furthermore, q = 0 if there are two different heel angles the associated values of h (h₁ and h₂), and measured by l (l₁ and l₂). This results in following relationships:

(h₁-Z)² + l₁² = R′² + H²(h₁-Z) ² + l₁² = R′² + H²

(h₂-Z)² + l₂² = R′² + H².(h₂-Z) ² + l₂² = R′² + H².

Zieht man die zweite von der ersten Gleichung ab, dann erhält man nach einigen Umformungen Z:If you subtract the second from the first equation, you get after some transformations Z:

Mit dem Meßwert h berechnet die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe der letzten der Gleichungen (2) und dem Krängungs­ winkel i den gesuchten Näherungswert R′.The device according to the invention calculates with the measured value h using the last of the equations (2) and the heeling angle i the searched approximation R '.

Analog kann man auch das Schiff auf Ost- oder Westkurs steuern und die Stampfbewegungen zur Bestimmung von Z benutzen. Die Gleichung zur Bestimmung von Z erhält man aus Gl. (8), indem man jeweils den Größe l durch die Größe q ersetzt. Wie bereits beschrieben erhält man daraus R′.Similarly, you can steer the ship on the east or west course and use the pounding movements to determine Z. The Equation for the determination of Z can be obtained from Eq. (8) by each replaced size l with size q. As before described one obtains R '.

Claims (16)

1. Vorrichtung für elektronische Magnetkompasse zur Kompen­ sierung der durch Schiffsneigung entstehenden Kursanzeige­ fehler, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierende Hochschiffsfeldstärke Rk durch systematisches Probieren so verändert wird, daß die Quadratsumme der Meßwerte dreier aufeinander senkrecht stehender Magnetfeldmeßsonden, die fest miteinander zu einem Sondentripel verbunden sind, das als Ganzes kardanisch aufgehängt ist, von der Schiffsnei­ gung unabhängig ist, und daß die so ermittelte Hoch­ schiffsfeldstärke Rk als kompensierende Feldstärke für den durch Schiffsneigung entstehenden Kursanzeigefehler ver­ wendet wird.1. Device for electronic magnetic compasses to compensate for the course display errors caused by ship inclination, characterized in that the compensating high field strength R k is changed by systematic testing so that the sum of the measured values of three mutually perpendicular magnetic field measuring probes, which are firmly connected to form a triple probe are gimbal-mounted as a whole, is independent of the ship's inclination, and that the high ship field strength R k determined in this way is used as a compensating field strength for the course display error caused by the ship's inclination. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürlichen Bewegungen des Schiffes im Seegang mit den damit verbundenen Änderungen der Schiffsneigung zur Er­ mittlung der kompensierenden Hochschiffsfeldstärke ausge­ nutzt werden.2. Device according to claim 1, characterized in that the natural movements of the ship at sea with the related changes in ship inclination to Er averaging the compensating highship field strength be used. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Sondenrichtungen in die Längs-, die Quer- und die Hochschiffsrichtung zeigen (erhaltene Meßwerte l bzw. q bzw. h).3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that that the three probe directions in the longitudinal, transverse and show the direction of the nave (measured values l and q obtained or h). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das systematische Suchen durchgeführt wird, indem der Korrelationskoeffizient rs,i zwischen der Quadratsumme S und dem Krängungswinkel i für verschiedene Werte der kom­ pensierenden Hochschiffsfeldstärke aus den Meßwerten der drei Sonden und den zugehörigen Krängungswinkeln i be­ rechnet wird und derjenige Wert von Rk zum weiteren Kom­ pensieren verwendet wird, für den dieser Korrelationskoef­ fizient gleich Null wird.4. The device according to claim 1, characterized in that the systematic search is carried out by the correlation coefficient r s, i between the sum of squares S and the heeling angle i for different values of the compensating high ship field strength from the measured values of the three probes and the associated heeling angles i be calculated and that value of R k is used for further compensation for which this correlation coefficient becomes zero. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum systematischen Suchen die Gl. (6) verwendet wird. 5. Apparatus according to claim 1 and 4, characterized in that Eq. (6) is used.   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle des Krängungswinkels i der Trimm j ver­ wendet wird.6. The device according to claim 1, 4 and 5, characterized net that instead of the heel angle i the trim j ver is applied. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle des Krängungswinkels i eine beliebige Linearkombination von i und j verwendet wird.7. The device according to claim 1, 4 and 5, characterized net that i instead of the heel angle any Linear combination of i and j is used. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle des Krängungswinkels die Quadratsumme i² + j² verwendet wird.8. The device according to claim 1, 4 and 5, characterized net that instead of the heel angle the sum of squares i² + j² is used. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß anstelle des Krängungswinkels die Quadratsumme sin² i + sin² j verwendet wird.9. The device according to claim 1, 4 and 5, characterized net that instead of the heel angle the sum of squares sin² i + sin² j is used. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel i und/oder j mit Hilfe eines außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebrachten Gerätes gemessen werden, das ein elektrisches Signal als Maß für i bzw. j in die Vorrichtung eingibt.10. The device according to claim 1 to 9, characterized in that that the angle i and / or j using an outside of the Device attached device measured according to the invention be that an electrical signal as a measure of i or j enters into the device. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel i und/oder j mit Hilfe der Kompensiervor­ richtung des elektronischen Magnetkompasses gemessen wer­ den, indem
  • - in der K-Spule ein kurzzeitiger Impuls bekannter Höhe erzeugt wird und
  • - die durch diesen Impuls bewirkte Änderung des Meßwer­ tes q und/oder l - diese Änderung ist proportional zum Sinus des Winkels i bzw. j - gemessen und für die weitere Rechnung und Auswertung verwendet wird.
11. The device according to claim 1 to 9, characterized in that the angles i and / or j measured using the Kompensiervor direction of the electronic magnetic compass who the by
  • - A short-term pulse of known height is generated in the K coil and
  • - The change in the measured value caused by this pulse t and / or l - this change is proportional to the sine of the angle i or j - measured and used for further calculation and evaluation.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß während der Messungen die Übertragung der Kurs­ information abgeschaltet wird und der vor der Messung anliegende Kurswert während des Meßvorganges in das Kurs­ übertragungssystem eingegeben wird, und nach Abschluß des Meßvorganges die Kursübertragung wie vor dem Meßvorgang weitergeführt wird.12. The apparatus according to claim 1 to 11, characterized net that during the measurements the transfer of the course information is switched off and before the measurement current course value during the measuring process in the course transmission system is entered, and after completion of the The course transfer as before the measuring process  is continued. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der ermittelte Wert von Rk elektronisch gespei­ chert wird, die Werte sin i und/oder sin j nach der in Anspruch 10 beschriebenen Methode gemessen, die Produkte Rk *sin i und/oder Rk *sin j elektronisch berechnet und dann zu den Meßwerten q bzw. l addiert werden. Die so erhaltenen Werte werden anschließend zur Bestimmung des Schiffskurses z verwendet.13. The apparatus according to claim 1 to 12, characterized in that the determined value of R k is electronically stored, the values sin i and / or sin j measured according to the method described in claim 10, the products R k * sin i and / or R k * sin j are calculated electronically and then added to the measured values q or l. The values obtained in this way are then used to determine the ship's course z. 14 Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der ermittelte Wert von Rk elektronisch gespei­ chert wird, die Werte sin i und/oder sin j nach der in Anspruch 11 beschriebenen Methode gemessen, die Produkte Rk *sin i und/oder Rk *sin j elektronisch berechnet und dann zu den Meßwerten q bzw. l addiert werden. Die so erhaltenen Werte werden anschließend zur Bestimmung des Schiffskurses z verwendet.14 Device according to claim 1 to 12, characterized in that the determined value of R k is stored electronically, the values sin i and / or sin j measured according to the method described in claim 11, the products R k * sin i and / or R k * sin j are calculated electronically and then added to the measured values q or l. The values obtained in this way are then used to determine the ship's course z. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Näherungswert für R′ dadurch bestimmt wird, daß das Schiff auf Nord- oder Südkurs gesteuert wird und die Krängungen des Schiffes ausgenutzt werden, um gemäß Gl. (8) die Vertikalkomponente Z des magnetischen Erdfeldes und daraus mit Gl. (2) einen Näherungswert für R′ zu erhalten.15. The apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that an approximate value for R 'is determined in that the ship is steered to the north or south course and the Heelings of the ship can be exploited to, according to Eq. (8th) the vertical component Z of the magnetic earth field and from it with Eq. (2) to get an approximate value for R ′. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Näherungswert für R′ dadurch bestimmt wird, daß das Schiff auf Ost- oder Westkurs gesteuert wird und die Stampfbewegungen des Schiffes ausgenutzt werden, um gemäß Gl. (8) - dort jeweils der Meßwert 1 durch den Meßwert q ersetzt - die Vertikalfeldstärke Z und daraus mit Gl. (2) einen Näherungswert für R′ zu erhalten.16. The apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that an approximation for R 'is determined by the fact that Ship is steered on the east or west course and the Pounding movements of the ship can be exploited in accordance with Eq. (8) - there the measured value 1 by the measured value q replaced - the vertical field strength Z and from it with Eq. (2) to get an approximation for R '.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101629823B (en) * 2009-07-27 2011-02-09 赵柯 Correction method for the deviation of magnetic compass
CN105509723A (en) * 2015-11-30 2016-04-20 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 Apparatus for testing radio compass reception sensitivity
CN105526926A (en) * 2015-11-30 2016-04-27 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 Detection method for audio power output of radio compass receiver
CN105783895A (en) * 2016-03-08 2016-07-20 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 Detection method for azimuth precision of radio compass receiver

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