DE69614626T2

DE69614626T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung dynamischer Fehler bei einem Präzisionsbeschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE69614626T2
Application number: DE1996614626
Authority: DE
Inventors: Gerard Charette
Original assignee: Aerospatiale Matra
Current assignee: Aerospatiale Matra
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: EP0762129B1; FR2738639A1; DE69614626D1; FR2738639B1; ES2160217T3; EP0762129A3; EP0762129A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Befreiung von den dynamischen Fehlern eines Präzisionsbeschleunigungsmessers.
Es ist bekannt, daß Präzisionsbeschleunigungsmesser, die insbesondere für die Lenkung einer Rakete verwendet werden und zu diesem Zweck im allgemeinen in ein Trägheitsnavigationsleitwerk eingebaut sind, durch eine geringe Bandbreite gekennzeichnet sind, die es gestattet, eventuelle Störbewegungen zu filtern. Im Falle eines Abtastregelsystems ermöglicht es diese geringe Bandbreite außerdem, den Spektrenabbau und insbesondere den Abbau der Eigenfrequenz des Pendels des Beschleunigungsmessers abzuschwächen.
Indessen beseitigt eine solche Filterung ebenfalls Hochfrequenz-Nutzsignale, die insbesondere mit Stößen oder plötzlichen und hohen Beschleunigungen und Verzögerungen verbunden sind. Letztere können außerdem aufgrund der ins Spiel gebrachten hohen Kräfte Anschläge des Pendels verursachen. Die so hervorgerufenen dynamischen Fehler verursachen durch Integration Geschwindigkeitsfehler (die mehrere Meter pro Sekunde erreichen können) sowie Positionsfehler, die für den Erfolg der zu erfüllenden Aufgabe redhibitorisch sein können.
Aus der Schrift EP-A-O 386 363 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Befreiung von den dynamischen Fehlern eines Präzisionsbeschleunigungsmessers und zur Verbreiterung des Meßbandes eines solchen Beschleunigungsmessers bekannt. Zu diesem Zweck wird dem Präzisionsbeschleunigungsmesser ein Routinebeschleunigungsmesser zugeordnet, wobei der Routinebeschleunigungsmesser eine große Bandbreite aufweist. Die beiden Beschleunigungsmesser führen gleichzeitige Messungen durch. Der Meßwert des Präzisionsbeschleunigungsmessers wird verwendet, wenn die Beschleunigungsfrequenz unter einem Schwellwert liegt, und der Meßwert des Routinebeschleunigungsmesser findet Verwendung, wenn die Beschleunigungsfrequenz über dem genannten Schwellwert liegt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile. Sie betrifft ein Verfahren, das es ermöglicht, auf einfache und wirkungsvolle Weise und mit geringen Kosten von den dynamischen Fehlern eines Präzisionsbeschleunigungsmessers zu befreien.
Zu diesem Zweck ist das genannte Verfahren dahingehend bemerkenswert, daß:
- dem genannten Präzisionsbeschleunigungsmesser ein Routinebeschleunigungsmesser zugeordnet wird, der eine große Bandbreite, jedoch eine geringe Genauigkeit besitzt; und
- wiederholt folgende Operationen durchgeführt werden:
- es wird gleichzeitig eine Beschleunigungsmessung mit dem genannten Präzisionsbeschleunigungsmesser und eine Beschleunigungsmessung mit dem genannten Routinebeschleunigungsmesser durchgeführt;
- es wird die Differenz zwischen den vom genannten Präzisionsbeschleunigungsmesser beziehungsweise vom genannten Routinebeschleunigungsmesser gemessenen Werten berechnet;
- der absolute Wert dieser Differenz wird mit einem Vergleichsschwellwert, der von der Genauigkeit des genannten Präzisions- und des genannten Routinebeschleunigungsmessers abhängt, verglichen; und
- als Beschleunigungsmeßwert wird:
- entweder der vom Präzisionsbeschleunigungsmesser gemessene Wert verwendet, wenn der genannte absolute Wert kleiner oder gleich dem genannten Vergleichsschwellwert ist;
- oder der vom Routinebeschleunigungsmesser gemessene Wert verwendet, wenn der genannte absolute Wert größer als der genannte Vergleichsschwellwert ist.
Wenn die Differenz zwischen den vom Präzisionsbeschleunigungsmesser und dem Routinebeschleunigungsmesser gemessenen Werten größer ist als der genannte Vergleichsschwellwert, so daß diese Differenz nicht zurückzuführen ist auf eventuelle Meßfehler der genannten Beschleunigungsmesser, sondern auf dynamische Fehler des Präzisionsbeschleunigungsmessers (das aufgrund seiner geringen Bandbreite nicht in der Lage ist, bestimmte physikalische Hochfrequenz-Erscheinungen zu erkennen), werden also die Meßwerte des Routinebeschleunigungsmessers verwendet, das eine große Bandbreite besitzt und somit solche physikalischen Erscheinungen messen kann.
Der Einsatz des Verfahrens ist außerdem wenig kostenaufwendig, da die Kosten eines Routinebeschleunigungsmessers, beispielsweise der Typen, die in der Autoindustrie verwendet werden, gering sind.
In einer ersten Ausführungsart der Erfindung ist der genannte Vergleichsschwellwert auf vorteilhafte Art und Weise gleich der Summe der vorgeschriebenen maximalen Meßfehler des genannten Präzisions- und des genannten Routinebeschleunigungsmessers, wodurch auf einfache Weise der genannte Vergleichsschwellwert ausgehend von den genannten vorgeschriebenen maximalen Meßfehlern, die im allgemeinen von den Herstellern von Beschleunigungsmessern angegeben werden, berechnet werden kann. Natürlich kann der genannte Vergleichsschwellwert der zu erfüllenden Aufgabe angepaßt werden.
Daher werden in einer zweiten Ausführungsart der Erfindung auf vorteilhafte Weise zur Bestimmung des genannten Vergleichsschwellenwertes
- mehrere absolute Differenzwerte zwischen den Meß werten des genannten Präzisionsbeschleunigungsmessers beziehungsweise den Meßwerten des genannten Routinebeschleunigungsmessers berechnet; und
- als Vergleichsschwellwert der größte absolute Wert verwendet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Befreiung von den dynamischen Fehlern eines Präzisionsbeschleunigungsmessers.
Erfindungsgemäß ist die genannte Vorrichtung dahingehend bemerkenswert, daß sie folgendes umfaßt:
- einen Routinebeschleunigungsmesser, der eine große Bandbreite, doch eine geringe Genauigkeit besitzt;
- ein Rechenmittel, das die Differenz zwischen den gleichzeitig durch den Präzisionsbeschleunigungsmesser und den Routinebeschleunigungsmesser gemessenen Werten berechnet;
- einen Komparator, der den absoluten Wert der so berechneten Differenz mit einem Vergleichsschwellwert vergleicht, der von der Genauigkeit des genannten Präzisionsbeschleunigungsmessers und des genannten Routinebeschleunigungsmessers abhängt; und
- einen durch den genannten Komparator so gesteuerten Schalter, daß in Abhängigkeit vom Ergebnis des durchgeführten Vergleichs entweder der vom Präzisionsbeschleunigungsmesser gemessene Wert oder der vom Routinebeschleunigungsmesser gemessene Wert übertragen wird.
Aufgrund der geringen Größe und der niedrigen Kosten des genannten Routinebeschleunigungsmessers (sowie der anderen Teile der Vorrichtung) hat die erfindungsgemäße Vorrichtung einen geringen Platzbedarf und ist billig.
Wenn der Präzisionsbeschleunigungsmesser in ein Trägheitsnavigationsleitwerk eines Flugkörpers, zum Beispiel einer Rakete, eingebaut ist, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise außerhalb des genannten Trägheitsnavigationsleitwerks montiert, und sie wird unabhängig von letzterem ausgeführt, wodurch die genannte Vorrichtung jederzeit der zu erfüllenden Aufgabe angepaßt werden kann.
Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung macht gut verständlich, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Auf dieser Figur ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die auf einen Präzisionsbeschleunigungsmesser angewandt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die schematisch auf der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, wird einem Präzisionsbeschleunigungsmesser 2 zugeordnet, der mittels einer Verbindung 3 wie auf der Figur dargestellt Beschleunigungen U messen kann, und die genannte Vorrichtung 1 soll die dynamischen Fehler des genannten Präzisionsbeschleunigungsmessers 2 beseitigen.
Es ist bekannt, daß ein solcher Präzisionsbeschleunigungsmesser 2, der beispielsweise in das Trägheitsnavigationsleitwerk einer Rakete eingebaut ist, eine geringe Bandbreite besitzt, die insbesondere Hochfrequenzsignale filtert. Solche Hochfrequenzsignale, die zum Beispiel mit Stößen oder plötzlichen und starken Beschleunigungen und Verzögerungen verbunden sind, die im allgemeinen für die vorgesehenen Verarbeitungsvorgänge nützlich und erforderlich sind, werden also nicht durch den Beschleunigungsmesser festgestellt, was die Ursache von dynamischen Fehlern darstellt, die Geschwindigkeits- und Positionsfehler ausgehend von der (durch Integration erfolgenden) Verarbeitung des Meßwerte des Beschleunigungsmessers nach sich ziehen.
Zur Beseitigung dieser Nachteile und genauer zur Befreiung von den dynamischen Fehlern des Präzisionsbeschleunigungsmessers 2 umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 folgendes:
- einen Routinebeschleunigungsmesser 4 von geringen Kosten, der eine große Bandbreite, jedoch eine geringe Genauigkeit besitzt und der durch eine Verbindung 5 eine Messung Us1 der Beschleunigung U durchführen kann;
- gegebenenfalls einen mit dem genannten Routinebeschleunigungsmesser 4 über eine Verbindung 7 verbundenen Adapter 6, der die Messung Us1 anpassen soll, um sie kompatibel zur Messung Up zu machen, die vom Präzisionsbeschleunigungsmesser 2 für dieselbe Beschleunigung U durchgeführt wird. Zu diesem Zweck wandelt der genannte Adapter den Meßwert Us1 in einen Wert Us2 um so wie es nachstehend genau angegeben ist;
- ein Rechenmittel 8, dem die Ergebnisse des genannten Präzisionsbeschleunigungsmessers 2 und des genannten Adapters 6 mittels der Abzweigungen 9A beziehungsweise 10A der in zwei Abzweigungen 9A, 9B und 10A, 10B aufgespaltenen Verbindungen 9 und 10 übermittelt werden und der die Differenz zwischen den Werten Us2 und Up (oder Us1 und Up, wenn keine Anpassung notwendig ist) berechnet;
- einen Komparator 11, der den absoluten Wert der vom genannten Rechenmittel 8 berechneten und durch eine Verbindung 12 übermittelten Differenz mit einem Vergleichsschwellenwert vergleicht, der von der Genauigkeit der genannten Beschleunigungsmesser 2 und 4 abhängt, so wie es nachstehend angegeben ist, und von der Verbindung 13 geliefert wird; und
- einen durch den genannten Komparator 11 über eine Verbindung 15 gesteuerten Schalter 14, der es ermöglicht, die Verbindung 16 am Ausgang des Schalters 14 entweder mit dem Abzweig 9B der Verbindung 9 oder dem Abzweig 10B der Verbindung 10 zu verbinden.
Genauer ist erfindungsgemäß.
- die Verbindung 16 mit der Verbindung 9 verbunden, das heißt, der durch den Präzisionsbeschleunigungsmesser 2 gemessene Wert Up wird zum gemeinsamen Ausgang des Schalters 14 und der Vorrichtung 1 übertragen, wenn der absolute Wert der genannten Differenz kleiner oder gleich dem genannten Vergleichsschwellenwert ist, und
- die Verbindung 16 ist mit der Verbindung 10 verbunden, das heißt, der Wert Us2 wird anderenfalls zum Ausgang der Vorrichtung 1 übertragen.
Im übrigen wird festgestellt, daß der Adapter 6 den Wert Us1 zum Erhalt des Werts Us2 beispielsweise ausgehend von einer Relation folgenden Typs umwandeln kann:
Us2 = K·Us1 + B
in der
- K die Verstärkung des Beschleunigungsmesser darstellt; und
- B den systematischen Fehler des Routinebeschleunigungsmesser 4 darstellt.
So entsprechen die wesentlichen Kosten der Vorrichtung 1 den niedrigen Kosten des Routinebeschleunigungsmessers 4.
Zusätzlich zu ihren geringen Kosten weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zahlreiche weitere Vorteile auf, bei denen es sich insbesondere um folgende handelt:
- ihre Ausführung ist einfach;
- sie hat einen geringen Platzbedarf; und
- sie kann in einem oder außen an einem Trägheitsnavigationsleitwerk angebracht werden, wenn der Präzisionsbeschleunigungsmesser Teil eines solchen Trägheitsnavigationsleitwerks ist.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung 1 jedenfalls außen an einem Trägheitsnavigationsleitwerk angeordnet, was es gestattet, die genannte Vorrichtung jederzeit der zu erfüllenden Aufgabe anzupassen.
Natürlich ist die vorstehend beschriebene Ausführungsart nur als Beispiel angeführt worden und kann folglich in keiner Weise eine Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung darstellen.

Claims

1. Verfahren zur Befreiung von den dynamischen Fehlern eines Präzisionsbeschleunigungsmessers (2), nach dem

- dem genannten Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) ein Routinebeschleunigungsmesser (4) zugeordnet wird, der eine große Bandbreite, jedoch eine geringe Genauigkeit besitzt;

und

- wiederholt folgende Operationen durchgeführt werden:

- es wird gleichzeitig eine Beschleunigungsmessung mit dem genannten Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) und eine Beschleunigungsmessung mit dem genannten Routinebeschleunigungsmesser (4) durchgeführt;

- es wird die Differenz zwischen den vom genannten Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) beziehungsweise dem Routinebeschleunigungsmesser (4) gemessenen Werten berechnet;

- der absolute Wert dieser Differenz wird mit einem Vergleichsschwellwert, der von der Genauigkeit des genannten Präzisions- und des Routinebeschleunigungsmessers abhängt, verglichen; und

- als Beschleunigungsmeßwert wird:

- entweder der vom Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) gemessene Wert verwendet, wenn der genannte absolute Wert kleiner oder gleich dem genannten Vergleichsschwellwert ist;

- oder der vom Routinebeschleunigungsmesser (4) gemessene Wert verwendet, wenn der genannte absolute Wert größer als der genannte Vergleichsschwellwert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, nach dem der genannte Vergleichsschwellwert gleich der Summe der vorgeschriebenen maximalen Meßfehler des genannten Präzisions- (2) und des genannten Routinebeschleunigungsmessers (4) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, nach dem zur Ermittlung des genannten Vergleichsschwellwerts:

- mehrere absolute Differenzwerte zwischen den Meßwerten des genannten Präzisionsbeschleunigungsmessers (2) beziehungsweise den Meßwerten des genannten Routinebeschleunigungsmessers (4) berechnet werden; und

- als Vergleichsschwellwert der größte absolute Wert verwendet wird.

4. Vorrichtung Zur Befreiung von den dynamischen Fehlern eines Präzisionsbeschleunigungsmessers (2), wobei die genannte Vorrichtung folgendes umfaßt:

- einen Routinebeschleunigungsmesser (4), der eine große Bandbreite, doch eine geringe Genauigkeit besitzt;

- ein Rechenmittel (8), das die Differenz zwischen den gleichzeitig durch den Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) und den Routinebeschleunigungsmesser (4) gemessenen Werten berechnet;

- einen Komparator (11), der den absoluten Wert der so berechneten Differenz mit einem Vergleichsschwellwert vergleicht, der von der Genauigkeit des genannten Präzisionsbeschleunigungsmessers (2) und des Routinebeschleunigungsmessers (4) abhängt; und

- einen durch den genannten Komparator (11) so gesteuerten Schalter (14), daß in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs entweder der vom Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) gemessene Wert oder der vom Routinebeschleunigungsmesser (4) gemessene Wert übertragen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der genannte Präzisionsbeschleunigungsmesser (2) Teil eines Trägheitsnavigationsleitwerks eines Flugkörpers ist, wobei diese Vorrichtung außerhalb von diesem Trägheitsnavigationsleitwerk montiert ist und unabhängig von diesem ausgeführt ist.