DE69904759T2

DE69904759T2 - Orientierungswinkeldetektor

Info

Publication number: DE69904759T2
Application number: DE69904759T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Abe; Kazutake Muto
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: US6636826B1; WO2000036376A1; CN1145014C; NO20013005D0; NO20013005L; KR20010105316A; AU4799599A; AU777641B2; CN1334915A; CA2353629C; EP1147373B1; TW392066B; CA2353629A1; EP1147373A1; HK1041044A1; MY118223A; DE69904759D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Orientierungswinkeldetektor, der Gyroskope benutzt, und insbesondere auf die Kompensation oder Korrektur des durch Gyroskope gemessenen Orientierungswinkels in solch einem Orientierungswinkeldetektor.

Hintergrundstechnik

In dem Stand der Technik wird ein Orientierungswinkeldetektor zur Kopf Verfolgung in einer virtuellen Umgebung, verstärkten Realität und Teleoperatorsystemen unter Benutzung von an einem Kopf angebrachten Anzeigen (HMDs) benutzt. Es kann als auch eine Eingabevorrichtung für Computer benutzt werden.
Ein bekannter dreidimensionaler (3-D) Orientierungswinkeldetektor weist drei Gyroskope auf (die als "Ratengyros" bezeichnet werden), die in drei orthogonalen Achsen auf einen sich bewegenden. Körper vorgesehen sind, zum Erhalten von drei orthogonalen Winkelraten oder Geschwindigkeiten. Die orthogonalen Winkelraten werden zum Erzeugen von drei Winkelfaktoren integriert, die den Orientierungswinkel darstellen. Der Orientierungswinkel ist gewöhnlich durch den X-Y-Z-Eulerwinkel θ = (α, β, γ) dargestellt. Der bekannte Orientierungswinkeldetektor ist in einem Artikel von Yamashita, u. a. mit dem Titel "Measurement of Human Head Motion using A Three-Dimensional Posture Angle Sensor", National Convention Record von I. E. E. Japan, Bd. 3 (1997) S. 304-305 offenbart.
Zum Kompensieren von Fehlern, die bei der Integration der Winkelgeschwindigkeiten, die durch die Ratengyros gemessen werden, integriert sind, ist es auch bekannt, wie in dem oben erwähnten Artikel offenbart ist, drei Beschleunigungsmesser zu benutzen, die ebenfalls in den gleichen drei orthogonalen Achsen vorgesehen sind, um die Beschleunigung in den drei orthogonalen Richtungen zu messen. Ein anderer Satz von drei Winkelfaktoren, die den Orientierungswinkel darstellen, wird aus der gemessenen Beschleunigung berechnet und zum Schätzen und Korrigieren des Orientierungswinkels, der durch die Ratengyros gemessen ist, benutzt.
Faseroptikgyroskope (FOGs) und Halbleiterbeschleunigungsmesser werden gewöhnlich für die Ratengyros und die Beschleunigungsmesser benutzt. Das FOG ist hervorragend in seiner Genauigkeit, aber es ist sehr teuer. Ein Coriolisvibratorgyroskop, das als piezoelektrisches Vibratorgyroskop bekannt ist, ist wegen seiner niedrigen Kosten wirtschaftlich nützlich, aber es ist niedrig in seiner Genauigkeit.
Aus der US 4 254 465 ist ein Orientierungswinkeldetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Drei Ratengyros werden zum Vorsehen von Werten der Winkelbeschleunigung um die drei gegenseitig orthogonalen Achsen verwendet. Aus diesen Werten der Winkelbeschleunigungen werden Schätzungen eines Steigungs-, Roll- und Gierwinkels bestimmt. Drei lineare Beschleunigungsmesser sind ebenfalls zum Bestimmen der linearen Beschleunigungen entlang der drei Achsen vorgesehen. Aus diesen Werten können die lateralen Geschwindigkeiten entlang der drei Achsen abgeleitet werden. Zusätzlich ist ein Magnetflußmesser vorgesehen, von dem der Magnetkopfwinkel bestimmt wird. Dieser Magnetkopfwinkel wird mit dem Schätzwert des Gierwinkels verglichen, der von den Winkelbeschleunigungen bestimmt ist, und ein korrigierendes Rückkopplungssignal wird geliefert zum Bewirken, daß der Schätzwert des Kopfes zu dem Wert gleich dem Magnetkopfwert konvergiert. Die linearen Beschleunigungen werden für die Zentripetal- und Coriolisbeiträge korrigiert, die durch Hilfssensoren bestimmt werden.
Aus der EP 0 292 339 ist ein System bekannt, das Gyros, Beschleunigungsmesser und Magnetometer verwendet. Jeder der Sensoren sieht entsprechende Messungen in Bezug auf die drei orthogonalen Achsen vor, die in Bezug auf ein Flugzeug fixiert sind. Die Ausgaben der Gyros und der Magnetometer werden in Äquivalentwerte in einem geographischen Achsensystem umgewandelt. Die gravimetrische Beschleunigung wird durch Subtrahieren des Wertes der Beschleunigung, die von der Ausgabe eines Anemometers bestimmt ist, von der Ausgabe der Beschleunigungsmesser bestimmt. Der Wert der Gravitationsbeschleunigung wird zum Identifizieren von Fehlern in der Beschleunigung benutzt, die der Höhe des Flugzeuges zuzuordnen sind. Auf der Grundlage dieser Werte wird ein Führungsgebiet bestimmt, daß dann zum Vorsehen genauer Steigungs-, Roll- und Giermessungen verwendet wird.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Orientierungswinkeldetektor vorzusehen, der hervorragend in Genauigkeit und einfach im Aufbau ist und der, unnötig zu sagen, FOGs für die Ratengyros benutzen kann aber auch Coriolisvibratorgyroskope für niedrige Kosten der Detektoren ohne deutliche Verschlechterung der Genauigkeit im Vergleich mit der Benutzung von FOGs benutzen kann.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß dieser Erfindung wird ein Orientierungswinkeldetektor erhalten, der, wie in Anspruch 1 beschrieben ist, aufweist eine Mehrzahl von Gyroskopen, die parallel zu einer Mehrzahl von orthogonalen Achsen (Xs-Zs) vorgesehen sind, die eine Detektorkoordinate auf dem Detektor definieren, zum Messen von Winkelgeschwindigkeiten (Jx, Jy, Jz) um entsprechende Achsen (Xs-Zs), einen Bewegungswinkelberechner, der mit der Mehrzahl von Gyroskopen verbunden ist, zum Berechnen eines Bewegungswinkels (ΔX, ΔY, ΔZ) aus den Winkelgeschwindigkeiten (Jx, Jy, Jz), mindestens einen Beschleunigungsmesser, der parallel zu mindestens einer der orthogonalen Achsen (Xs-Zs) vorgesehen ist, zum Messen der linearen Beschleunigung (Ax, Ay, Az), einen statischen Winkelbe rechner (405), der mit dem mindestens einem Beschleunigungsmesser verbunden ist, zum Berechnen eines statischen Winkels (R, P) aus der Beschleunigung (Ax, Ay), und einen Orientierungswinkelberechner, der mit dem Bewegungswinkelberechner und dem statischen Winkelberechner verbunden ist, zum Integrieren des Bewegungswinkels (ΔX, ΔY, ΔZ) zu einem integrierten Winkel und zum Berechnen eines Orientierungswinkels (α, β, γ) aus dem integrierten Winkel und dem statischen Winkel, wobei der Orientierungswinkel (α, β, γ) eine Winkeldifferenz zwischen der Detektorkoordinate und einer Referenzkoordinate (X-Y-Z) in einem Raum einschließlich des Detektors ist, worin zwei Magnetometer parallel zu zwei der Mehrzahl von orthogonalen Achsen (Xs, Ys) vorgesehen sind zum Messen der terrestrischen Magnetkomponenten (Mx, My) in den zwei der Mehrzahl von Achsen (Xs, Ys), und wobei der statische Winkelberechner mit den zwei Magnetometern verbunden ist zum Berechnen eines Azimuts aus den terrestrischen Magnetkomponenten (Mx, My) zum Erzeugen aus dem Azimut eines Azimutabweichungswinkels Φ aus der Referenzkoordinate (X-Y-Z) als ein Additionsfaktor des statischen Winkels (R, P).
Weiterhin sind gemäß dieser Erfindung Orientierungswinkeldetektoren in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Vorsehen von Ratengyros, Beschleunigungsmesser und terrestrischen Magnetometern in einem Orientierungswinkeldetektor gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer räumlichen dreidimensionalen Referenzkoordinate und einer dreidimensionalen Koordinate des Detektors selbst beschreibt, nachdem er von der Referenzkoordinate bewegt ist;
Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild des Orientierungswinkeldetektors gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild eines statischen Winkelberechners in dem Orientierungswinkeldetektor von Fig. 3;
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die die Benutzung des Orientierungswinkeldetektors in einer HMD darstellt;
Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Hochpaßfilterkorrigierers, der für eine Korrektur eines jeden von Hochpaßfiltern in dem Orientierungswinkeldetektor von Fig. 3 benutzt werden kann;
Fig. 7 zeigt Signalwellenformen bei verschiedenen Punkten in Fig. 6;
Fig. 8 ist ein schematisches Blockschaltbild einer digitalen Filtereinrichtung, die anstelle eines jeden der Hochpaßfilter in dem Orientierungswinkeldetektor von Fig. 3 benutzt wird;
Fig. 9 ist ein schematisches Blockschaltbild eines digitalen IIR-Hochpaßfilters in der Hochpaßfiltereinrichtung von Fig. 8;
Fig. 10 zeigt Signalwellenformen bei verschiedenen Punkten in Fig. 8;
Fig. 11A-11C zeigen Eingangs- und Ausgangssignale zu verschiedenen Zuständen der Hochpaßfiltereinrichtung von Fig. 8;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht, die das Vorsehen von Ratengyros, Beschleunigungsmessern und terrestrischen Magnetometern in einem Orientierungswinkeldetektor gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
Fig. 13A und 13B sind eine entwickelte Ansicht und eine gebogene Ansicht eines Ratengyrosaufbaus, der in den in Fig. 1-12 gezeigten Orientierungswinkeldetektoren benutzt werden kann;
Fig. 14 ist eine schematische Ansicht, die das Vorsehen von Ratengyros, eines Beschleunigungsmessers und terrestrischen Magnetometern in einem Orientierungswinkeldetektor gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung darstellt; und
Fig. 15 ist ein schematisches Blockschaltbild des Orientierungswinkeldetektors von Fig. 14.

Beste Arten zum Ausführen der Erfindung

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 1-3 die Beschreibung hinsichtlich eines Orientierungswinkeldetektors gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung gegeben, die darin gezeigt ist. Der Orientierungswinkeldetektor dieser Ausführungsform ist auf einen zum Erfassen einer Orientierung eines Objektes in einem dreidimensionalen (3-D) Raum gerichtet.
Der in den Figuren gezeigte Orientierungswinkeldetektor weist ein erstes bis drittes Gyroskop 301-303 auf, die parallel zu drei orthogonalen Achsen Xs, Ys und Zs vorgesehen sind, die eine Detektorkoordinate auf dem Detektor definieren, zum Messen einer ersten bis dritten Winkelgeschwindigkeit Jx, Jy und Jz um die entsprechenden Achsen Xs, Ys und Zs.
Ein Bewegungswinkelberechner 310 ist mit dem ersten bis dritten Gyroskop 301-303 verbunden, zum Berechnen eines Bewegungswinkels (ΔX, ΔY, ΔZ) aus der ersten bis dritten Winkelgeschwindigkeit Jx, Jy und Jz. Ein erster und ein zweiter Beschleunigungsmesser 403 und 404 sind parallel zu zwei der orthogonalen Achsen Xs und Ys vorgesehen zum Messen einer ersten und einer zweiten Beschleunigung Ax und Ay. Diese Beschleunigungsmesser dienen zum Messen der Gravitationsbeschleunigung.
Ein statischer Winkelberechner 405, der mit dem ersten und dem zweiten Beschleunigungsmesser 403 und 404 verbunden ist, zum Berechnen eines statischen Winkels (R, P) aus den Beschleunigungen Ax und Ay.
Ein Orientierungswinkelberechner 60 ist mit dem Bewegungswinkelberechner 310 und dem statischen Winkelberechner 405 verbunden zum Integrieren des Bewegungswinkels (ΔX, ΔY, ΔZ) in einen integrierten Winkel (ΣΔX, ΣΔY, ΣΔZ) und Berechnen eines Orientierungswinkels (α, β, γ) aus dem integrierten Winkel und dem statischen Winkel (R, P). Der Orientierungswinkel (α, β, γ) ist eine Winkeldifferenz zwischen der Detektorkoordinate (Xs-Ys-Zs) und einer Referenzkoordinate (X-Y-Z) in einem Raum, der den Detektor enthält.
Weiter sind ein erstes und ein zweites Magnetometer 401 und 402 parallel zu zwei der Mehrzahl von orthogonalen Achsen Xs und Ys vorgesehen zum Messen von terrestrischen Magnetkomponenten Mx und My. Der statische Winkelberechner 405 ist mit dem ersten und dem zweiten Magnetometer 401 und 402 verbunden zum Berechnen eines Azimuts aus den terrestrischen Magnetkomponenten Mx und My, zum Erzeugen aus dem Azimut eines Azimutabweichungswinkel Φ von der Referenzkoordinate (X-Y-Z) als ein Additionsfaktor des statischen Winkels (R, P).
Der Orientierungswinkeldetektor weist weiter einen Orientierungswinkelspeicher 70 auf, der mit dem Orientierungswinkelberechner 60 verbunden ist zum Speichern des Orientierungswinkels (α, β, γ). Der Orientierungswinkel wird durch den Z-Y-X- Eulerwinkel dargestellt, der aus drei Komponenten zusammengesetzt ist, wobei ein Gierwinkel α ein Rotationswinkel um die Z- Achse ist, ein Steigungswinkel β ein Rotationswinkel um die Y- Achse ist, und ein Rollwinkel γ ein Rotationswinkel um die X- Achse ist.
Der Bewegungswinkel weist drei Faktoren, einen X-Bewegungswinkel ΔX um die X-Achse, einen Y-Bewegungswinkel ΔY um die Y-Achse und einen Z-Bewegungswinkel ΔZ um die Z-Achse auf.
Weiterhin berechnet der statische Winkelberechner 405 einen vorläufigen Steigungswinkel P, einen vorläufigen Rollwinkel. R und einen vorläufigen Gierwinkel Φ als den azimutalen Abweichungswinkel von dem ersten und dem zweiten Magneterfassungssignal Mx und My und dem ersten und dem zweiten Beschleunigungserfassungssignal Ax und Ay. Der vorläufige Steigungswinkel P, der vorläufige Rollwinkel R und der vorläufige Gierwinkel Φ sind Faktoren des statischen Winkels.
Der Orientierungswinkeldetektor weist weiter einen statischen Winkelkorrektionsdefinierer 60 zum Definieren einer Genauigkeit des statischen Winkels (P, R, Φ) zum Erzeugen eines Korrektursignales auf, wenn der statische Winkel als genau definiert ist. Der Orientierungswinkelberechner 60 korrigiert den integrierten Winkel (ΣΔX, ΣΔY, ΣΔZ) in den Orientierungswinkel (α, β, γ).
Es wird Bezug genommen auf Fig. 5, der Orientierungswinkeldetektor 20 ist auf einen Benutzerkopf zusammen mit der HMD 100 gesetzt. Der Detektor 20 und die HMD 100 sind mit einem Videogenerator 101 durch ein Kabel 102 verbunden. Ein Videosignal wird an die HMD 100 von dem Videogenerator 101 geliefert. Der Benutzer kann sich an dem Video erfreuen. Wenn der Benutzer seinen Kopf bewegt, wird der Orientierungswinkel seines Kopfes von dem Orientierungswinkeldetektor 20 erfaßt und zu dem Videogenerator 101 übertragen. Der Videogenerator 101 ändert oder moduliert das Videosignal um den Orientierungswinkel. Somit kann der Benutzer weiter das Video durch Bewegen seines Kopfes modifizieren.
Das erste bis dritte Gyroskop 301-303 sind bevorzugt Coriolisvibratorgyroskope mit piezoelektrischen Vibratoren.
Ein erstes bis dritte Hochpaßfilter (H-Filter) 304-306 sind mit dem ersten bis dritten Coriolisvibratorgyroskop 301-303 verbunden zum Ausgleichen von Offsetspannungen, die in dem ersten bis dritten Gyroausgaben Jx, Jy und Jz des ersten bis dritten Coriolisvibratorgyroskop enthalten sind, zum Erzeugen einer ersten bis dritten Filterausgabe.
Jedes des ersten bis dritten Hochpaßfilters 304-306 ist so ausgelegt, daß es eine Abschneidefrequenz von 0,1 Hz oder niedriger aufweist. Das Hochpaßfilter mit der niedrigen Abschneidefrequenz ist langsam vom Start zu einem stabilen Betriebszustand. Daher weist jedes des ersten bis dritten Hochpaßfilters 304-306 bevorzugt eine variable Abschneidefrequenz auf. In diesem Fall wird die Abschheidefrequenz relativ hoch eingestellt, gerade nach dem ein Einschalter für den Detektor eingeschaltet ist, so daß das Filter schnell in einen stabilen Betriebszustand gebracht wird. Nach dem es stabil in Betrieb ist, kann das Hochpaßfilter auf die niedrige Abschneidefrequenz von 0,1 Hz eingestellt werden.
Das erste bis dritte Hochpaßfilter 304-306 sind gewöhnlich Hochpaßfilter vom Analogtyp. In dem Fall weist der Orientierungswinkeldetektor weiter einen ersten bis dritten Analog/Digital- (A/D)Wandler 307-309 auf, die mit dem ersten bis dritten Hochpaßfilter 304-306 verbunden sind. Der erste bis dritte Analog/Digital-Wandler 307-309 tasten die erste bis dritte Filterausgabe in jedem Abtastintervall St ab und erzeugen ein erstes bis drittes digitales zeitserielles Signal. Der Bewegungswinkelberechner 310 empfängt das erste bis dritte digitale zeitserielle Signal als eingehendes erstes bis drittes digitales zeitserielles Signal zum Erzeugen von drei zeitseriellen Bewegungswinkelsignalen (ΔX, ΔY, ΔZ), die den Bewegungswinkel darstellen.
Das erste bis dritte zeitserielle Bewegungswinkelsignal stellen einen zeitseriellen X-Bewegungswinkel ΔX(t), t = n, (n - 1), (n - 2), ..., 1, n - (n - 1) = St, einen zeitseriellen Y-Bewegungswinkel ΔY(t) und einen zeitseriellen Bewegungswinkel Δz(t) dar, der Bewegungswinkelberechner (310) berechnet den X-Bewegungswinkel ΔX(n), Y-Bewegungswinkel ΔY(n) und Z-Bewegungswinkel ΔZ(n) zu t = n gemäß der folgenden Gleichung:
wobei β (n - 1) und γ(n - 1) der Steigungswinkel β und der Rollwinkel γ bei t = n - 1 sind, die aus dem Orientierungswinkelspeicher 70 ausgelesen sind, Jx(n), Jy(n) und Jz(n); das erste bis dritte digitale Signal des ersten bis dritten eingehenden digitalen zeitseriellen Signal bei t = n sind.
Die Benutzung des Hochpaßfilters ermöglicht es, die Offsetspannung auszugleichen, die in der Gyrosausgabe enthalten ist. Die Filterausgabe leidet jedoch unter einer Störung durch die Wirkung eines Kondensators in den Filter (bei (c) in Fig. 7). Damit die Störung entfernt wird, weist der Orientierungswinkeldetektor bevorzugt drei Hochpaßfilterkorrekturschaltungen 311 auf, die zwischen den ersten bis dritten Analog/Digital-Wandler 307-309 und dem Bewegungswinkelberechner 310 geschaltet sind, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 3 gezeigt ist. Die Hochpaßfilterkorrekturschaltungen 311 gleichen die Störung aus, die die ersten bis dritten Hochpaßfilter begleiten, und erzeugen ein erstes bis drittes korrigiertes Signal. Das erstes bis dritte korrigierte Signal werden an den Bewegungswinkelberechner 310 als das erste bis dritte eingehende digitale zeitserielle Signal geliefert.
Jede der Hochpaßfilterkorrekturschaltungen 311 führt eine Berechnung durch, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:
J(n) = F(n) + (Δt/RC) · ΣF(n),
worin J(n) das korrigierte Signal ist, das einem entsprechenden der eingehenden digitalen zeitseriellen Signale bei T = n entspricht. F(n) ist der Digitalwert des entsprechenden des ersten bis dritten zeitseriellen digitalen Signales bei t = n. Δt/RC ist ein konstanter Wert.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 6, jede der ersten bis dritten Hochpaßfilterkorrekturschaltung 311 weist einen Integrator mit einem ersten Addierer 31101 und einem Register 31102 zum Integrieren der digitalen Werte des entsprechenden zeitseriellen digitalen Signales zum Halten eines integrierten Wertes in dem Register 31102 auf. Ein Konstantwertgenerator 31103 ist zum Erzeugen des konstanten Wertes vorgesehen. Ein Multiplizierer 31104 ist mit dem Register 31102 und dem Konstantwertgenerator 31103 zum Multiplizieren des integrierten Wertes mit dem konstanten Wert zum Erzeugen eines multiplizierten Wertes verbunden. Ein zweiter Addierer 31105 ist zum Addieren des multiplizierten Wer tes zu den eingehenden digitalen zeitseriellen Werten zum Erzeugen des korrigierten Wertes vorgesehen.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 7, dort ist eine Eingangswellenform (a) einer Treiberspannung für das Coriolisvibratorgyroskop, eine Ausgangswellenform (b), eine Ausgangswellenform (c) des Hochpaßfilters und eine Ausgangswellenform (d) des Hochpaßfilterkorrigierers 311 gezeigt, wie oben beschrieben wurde. Wie aus den zwei Wellenformen (c) und (d) zu sehen ist, ist die bei (c) gezeigte Störung in (d) entfernt.
Es wird wieder Bezug genommen auf Fig. 6, die Hochpaßfilterkorrekturschaltung 311 weist weiter eine Offsetfehlerkompensationsschaltung 31106-31108 zum Kompensieren eines Offsetfehlers auf, der durch die Berechnung in dem Integrator 31101-31102 und dem zweiten Addierer 31105 verursacht wird. Die Offsetfehlerkompensationsschaltung weist einen Ausgangsdefinierer 31106 zum Beobachten, wann das korrigierte Signal konstant gehalten wird, auf und definiert den Offsetfehlerpegel. Ein Fehlerkorrigierer 31107 ist mit dem Ausgangsdefinierer 31106 verbunden und erzeugt als Reaktion auf den Fehlerpegel ein Fehlerkorrektionssignal. Das Fehlerkorrektionssignal wird an das Register 31102 geliefert, das wiederum den integrierten Wert korrigiert. Eine Konstantwertkorrekturschaltung 31108 ist weiter mit dem Fehlerkorrigierer 31107 verbunden und korrigiert als Reaktion auf das Fehlerkorrektionssignal den konstanten Wert des Konstantwertgenerators 31103.
Es wird wieder Bezug genommen auf Fig. 7, dort ist eine Ausgangswellenform (e) des Hochpaßfilterkorrigierers 311 mit der Offsetfehlerkompensationsschaltung 31106-31108 gezeigt. Wie durch den Vergleich der Wellenform (d) und der Wellenform (e) gesehen wird, wird die Ausgangswellenform des Hochpaßfilterkorrigierers 311 weiter verbessert.
Das erste bis dritte Hochpaßfilter können eine erste bis dritte digitale Hochpaßfiltereinrichtung zum Erzeugen der ersten bis dritten zeitseriellen digitalen Filterausgaben sein.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 8, jede der ersten bis dritten digitalen Hochpaßfiltereinrichtungen (Fig. 8) weist einen Analog/Digital-Wandler 13 auf, der mit einem entsprechenden des ersten bis dritten Gyroskops 310-303 verbunden ist, zum Abtasten einer entsprechenden der ersten bis dritten Gyrosausgabe in den Abtastintervallen St zum Erzeugen eines digitalen zeitseriellen Signales. Ein Digitalfilter 315 ist mit dem Analog/Digitalwandler 313 verbunden zum Filtern des digitalen zeitseriellen Signales zum Erzeugen einer entsprechenden der ersten bis dritten zeitseriellen digitalen Filter aus gaben. Der Bewegungswinkelberechner 310 empfängt die erste bis dritte zeitserielle digitale Filterausgabe als das erste bis dritte eingehende zeitserielle digitale Signal.
Das erste bis dritte zeitserielle Bewegungswinkelsignal stellt den zeitseriellen X-Bewegungswinkel ΔX(t), t = n, (n - 1), (n - 2), ..., 1, wobei St = n - (n - 1) ist, den zeitseriellen Y- Bewegungswinkel ΔY(t) und den zeitseriellen Z-Bewegungswinkel ΔZ(t) dar.
Ein Beispiel des Digitalfilters 315 ist zum Beispiel ein Unendlichimpulsreaktions-(IIR) Typ, wie er in Fig. 9 gezeigt ist. Das IIR-Digitalfilter 315 weist Verzögerungspufferwerte P1 und P2 auf.
Die digitale Hochpaßfiltereinrichtung (Fig. 8) weist weiter einen Positiv/Negativ-Definierer 316 auf, der mit einer Ausgangsseite des Digitalfilters 315 verbunden ist, zum Definieren aus der zeitseriellen digitalen Filterausgabe, wann sich das zeitserielle digitale Signal zwischen positiv oder negativ ändert, zum Erzeugen eines Änderungssignales. Eine Verzögerungspufferwertrücksetzschaltung 317 ist mit dem Digitalfilter 315 und dem Positiv/Negativ-Definierer 316 verbunden. Die Verzögerungspufferwertrücksetzschaltung 317 reagiert auf das Änderungssignal zum Zurücksetzen der Verzögerungspufferwerte P1 und P2 des Digitalfilters 315.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 10, dort sind verschiedene Wellenformen a-d gezeigt. Die Wellenformen a-c sind ähnlich zu den bei (a)-(c) in Fig. 7 gezeigten Wellenformen, und die Wellenform d ist eine Wellenform einer Ausgabe der digitalen Hochpaßfiltereinrichtung, die oben in Zusammenhang mit Fig. 8 und 9 beschrieben wurde. Wie in der Wellenform d gezeigt ist, kann die durch eine gestrichelte Linie gezeigte Störung, die durch die Benutzung des Analogfilters dargestellt wird, entfernt werden, in dem die digitale Hochpaßfiltereinrichtung benutzt wird. Fig. 11A zeigt eine Eingangswellenform a1 und eine Ausgangswellenform b1 in der oben beschriebenen digitalen Hochpaßfiltereinrichtung. Wie aus der Figur zu sehen ist, ist eine Drift nicht verbessert.
Die digitale Hochpaßfiltereinrichtung (Fig. 8) weist weiter einen Offsetwertgenerator 319 zum Erzeugen eines Offsetwertes, einen Multiplizierer 320, der mit dem Offsetwertgenerator 319 verbunden ist, auf. Der Multiplizierer 320 ist zum Verbinden des Analog/Digital-Wandlers 313 mit dem Digitalfilter 315 vorgesehen. Der Multiplizierer 320 dient zum Multiplizieren des zeitseriellen digitalen Signales mit dem Offsetwert. Eine Offsetwertkorrekturschaltung 318 ist mit dem Offsetwertgenerator 319 und dem Positiv/Negativ-Definierer 316 verbunden und reagiert auf das Änderungssignal zum Korrigieren des Offsetwertes.
In dem Fall, in dem die Korrektur durchgeführt wird zum Setzen des Offsetwertes auf einen Wert des zeitseriellen digitalen Filters gerade vor der Korrektur sind die Eingangs- und Ausgangswellenformen des Digitalfilters bei a2 bzw. a1 in Fig. 11B gezeigt.
Die Korrektur des Offsetwertes wird bevorzugt gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt:
OS(n) = OS(n - 1) - mx[OS(n - 1) - D(n - 1)],
worin OS(n) und OS(n - 1) Offsetwerte nach bzw. vor der Korrektur sind, D(n - 1) ein digitales Signal von dem Analog/Digital-Wandler ist, und 0 < m ≤ 0,5. Die Korrektur des Offsetwertes verbessert die Drift in der Ausgabe, wie aus den Eingangs- und Ausgangswellenformen a3 und b3 in Fig. 11C zu sehen ist.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 4, der statische Winkelberechner 405 weist einen ersten und einen zweiten Analog/Digitalwandler 40501 und 40502 auf, die mit dem ersten und dem zweiten Beschleunigungsmesser 403 und 404 verbunden sind. Der erste und der zweite Analog/Digital-Wandler 40501 und 40502 tasten das erste und das zweite Beschleunigungserfassungssignal Ax und Ay in jedem Abtastintervall St ab und Erzeugen ein erstes und ein zweites zeitserielles digitales Beschleunigungssignal. Ein vorläufiger Steigungswinkelberechner 40504 ist mit dem ersten Analog/Digitalwandler 40501 verbunden und berechnet den vorläufigen Steigungswinkel P aus dem ersten zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignal. Ein vorläufiger Rollwinkelberechner 40503 ist mit dem zweiten Analog/Digitalwandler 40502 und dem vorläufigen Steigungswinkelberechner 40504 verbunden. Der vorläufige Rollwinkelberechner 40503 berechnet den vorläufigen Rollwinkel R aus dem zweiten zeitseriellen Beschleunigungssignal und dem vorläufigen Steigungswinkel P.
Wenn das erste und das zweite zeitserielle digitale Beschleunigungssignal durch Ax(t) und Ay(t) dargestellt werden, wobei t = n, n - 1, ..., 1, ST = n - (n - 1), berechnen der vorläufige Steigungswinkelberechner 40504 und der vorläufige Rollwinkelberechner 40503 den vorläufigen Steigungswinkel P und den vorläufigen Rollwinkel R gemäß den folgenden Gleichungen:
P(n) = sin&supmin;¹Ax(n) und
R(n) = sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)],
wobei P(n), R(n), Ax(n) und Ay(n) jeweils P, R, Ax(t) und Ay(t) bei t = n darstellen.
Der statische Winkelberechner 405 weist weiter einen dritten und einen vierten Analog/Digital-Wandler 40505 und 40506 auf, die mit dem ersten und dem zweiten terrestrischen Magnetometer 401 und 402 verbunden sind. Der dritte und der. "vierte, Analog/Digital-Wandler 40505 und 40506 tasten das erste und das zweite Magneterfassungssignal Mx und My in jedem Abtastintervall St ab zum Erzeugen eines ersten bzw. zweiten zeitseriellen digitalen Magnetabtastsignales. Ein Koordinatentransformationsberechner 40507 ist mit dem dritten und dem vierten Analog/Digital-Wandler 40505 und 40506, dem vorläufigen Rollwinkelberechner 40503 und dem vorläufigen Steigungswinkelberechner 40504 verbunden. Der Koordinatentransformationsberechner 40507 transformiert das erste und das zweite zeitserielle digitale Magneterfassungssignal in ein erstes und ein zweites zeitserielles digitales terrestrisches Magnetkomponentensignal, die die zwei entsprechenden terrestrischen Magnetkomponenten Hx und Hy in der X-Y-Ebene der Referenzkoordinate X-Y-Z darstellen. Ein Azimutberechner 40508 ist mit dem Koordinatentransformationsberechner 40507 verbunden und berechnet einen Azimut ψ aus den terrestrischen Magnetkomponenten Hx und Hy zum Erzeugen eines vorläufigen Gierwinkels Φ als den Azimutalabweichungswinkel. Weiter ist ein Azimutspeicher 40512 mit dem Azimutberechner 40508 zum Speichern des Azimuts ψ verbunden.
Der statische Winkelberechner 405 weist weiter einen Magnetkomponentengenerator der z-Richtung 40509-40515 auf, der mit dem dritten und dem vierten Analog/Digital-Wandler 40505 und 40506 verbunden ist. Der Magnetkomponentengenerator der Z-Richtung 40509-40515 erzeugt ein zeitserielles digitales Z- Richtungsmagnetkomponentensignal Mz aus dem ersten und dem zweiten zeitseriellen Magneterfassungssignal Mx und My, einem zuvor gemessenen terrestrischen Magnetismus Ht, einem anfänglichen Neigungswinkel θ0 einer Xs-Ys-Ebene, die durch die Xs- und Ys- Achse der Detektorkoordinate von der X-Y-Ebene definiert ist, und einen gegenwärtigen Neigungswinkel θ2 der Xs-Ys-Ebene von der X-Y-Ebene.
Der Koordinatentransformationsberechner 40507 berechnet die terrestrischen Magnetkomponenten Hx und Hy aus dem ersten und dem zweiten zeitseriellen Magneterfassungssignal Mx und My, dem zeitseriellen digitalen Magnetkomponentensignal der Z-Richtung Mz und dem vorläufigen Steigungs- und Rollwinkel P und R gemäß der folgenden Gleichungen:
Hx(n) = cos [P(n)] · Mx(n) + sin[P(n)] · Mz(n), und
Hy(n) = sin[R(n)] · sin[P(n)] · Mx(n) + cos[R(n)] · cos[P(n)] · Mz(n),
worin Hx(n), Hy(n), Mx(n), My(n), Mz(n), P(n) und R(n) jeweils Hx, Hy, Mx, My, Mz, P und R bei t = n darstellen.
Der Azimutberechner 40508 berechnet ψ(n) des Azimuts ψ bei t = n aus Hx(n) und Hy(n) gemäß der folgenden Gleichung:
ψ(n) = -tan&supmin;¹[Hy(n)/Hx(n)].
Der Azimutberechner 40508 berechnet weiter Φ(n) aus dem vorläufigen Gierwinkel Φ bei t = n aus dem ψ(n) und einem anfänglichen Azimutabweichungswinkel ψ(0) gemäß der folgenden Gleichung:
Φ(n) = ψ(n) - ψ(0).
Der Magnetkomponentengenerator der Z-Richtung 40509-40515 weist einen terrestrischen Magnetismusgenerator 40509-40510 zum Erzeugen des terrestrischen Magnetismus Ht auf. Ein Absolutwertberechner der gegenwärtigen Z-Richtungsmagnetkomponente 40511 ist mit dem terrestrischen Magnetismusgenerator 40509 und 40510, dem dritten und dem vierten Analog/Digital-Wandler 40505 und 40506 verbunden. Der Absolutwertberechner der gegenwärtigen Z- Richtungsmagnetkomponente 40511 berechnet einen Absolutwert der Z-Richtungsmagnetkomponente Mz(n) aus dem terrestrischen Magnetismus Ht, dem gegenwärtigen Wert Mx(n) und My(n) des ersten und des zweiten zeitseriellen Magneterfassungssignales Mx und My bei t = n gemäß der folgenden Gleichung:
Mz(n) = [Ht² - {Mx(n)² + My(n)²}]1/2.
Ein gegenwärtiger Neigungswinkelberechner 40513 ist mit dem Orientierungswinkelspeicher 70 und dem Azimutspeicher 50512 verbunden und berechnet den gegenwärtigen Neigungswinkel θ2.
Ein Vorzeichendefinierer 40414 ist mit dem gegenwärtigen Neigungswinkelberechner 40513 verbunden und erzeugt ein Vorzeichen (+ oder -) der gegenwärtigen Z-Richtungsmagnetkomponente Mz(n) aus dem gegenwärtigen Neigungswinkel θ2 und dem anfänglichen Neigungswinkel θ0.
Ein Berechner der gegenwärtigen Z-Richtungsmagnetkomponente 40515 ist mit dem Absolutwertberechner der gegenwärtigen Z- Richtungsmagnetkomponente 40511 und dem Vorzeichendefinierer 40514 verbunden und erzeugt die Z-Richtungsmagnetkomponente Mz(n).
Der terrestrische Magnetismusgenerator 40509-40510 weist einen anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher 40509 auf, der selektiv mit dem dritten und dem vierten Analog/Digital-Wandler 40505 und 40506 durch Schaltelemente 51 bzw. 52 verbunden ist. Der anfängliche terrestrische Magnetismus spei eher 40509 speichert zuvor eine anfängliche terrestrische X-Richtungs-, Y- Richtungs- und Z-Richtungs-Magnetismuskomponente Mx(0), My(0) und Mz(0), die von dem dritten und dem vierten Analog/Digital- Wandler 40505 und 40506 durch die zwei Schaltelemente S1 und S2 gegeben werden, die selektiv zu der anfänglichen Zeit eingeschaltet werden.
Ein Prozessor 40510 ist mit dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher 40509 verbunden und verarbeitet die anfänglichen terrestrischen X-Richtungs-, Y-Richtungs- und Z-Richtungs- Magnetismuskomponenten Mx(0), My(0) und Mz(0) in den terrestrischen Magnetismus Ht gemäß der folgenden Gleichung:
Ht = [Mx(0)² + My(0)² + Mz(0)²]1/2.
Somit wird der Absolutwert Ht des terrestrischen Magnetismus in dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher 40509 gespeichert.
Nun ist es beschrieben, die anfänglichen terrestrischen X- Richtungs-, Y-Richtungs- und Z-Richtungsmagnetismuskomponenten Mx(0), My(0) und Mz(0) in dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher 40509 zu speichern.
An dem anfänglichen Zustand ist einerseits der Orientierungswinkeldetektor so positioniert, daß ein besonderer des ersten und des zweiten terrestrischen Magnetometers 401 und 402 parallel zu der Z-Achse der Referenzkoordinate ist. Dann wird ein entsprechendes der zwei Schaltelemente S1 und S2 eingeschaltet zum Abspeichern der terrestrischen Magnetismuskomponente, die von dem besonderen terrestrischen Magnetometer (401 oder 402) erfaßt ist, in den anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher 40509 als die anfängliche terrestrische Z- Richtungsmagnetismuskomponente Mz(0). Danach wird andererseits der Orientierungswinkeldetektor so positioniert, daß das erste und das zweite terrestrische Magnetometer 401 und 402 parallel zu der X- bzw. Y-Achse des Referenzkoordinatensystems sind. Dann werden die zwei Schaltelemente S1 und S2 eingeschaltet. Als Resultat werden die terrestrischen Magnetismuskomponenten, die von dem ersten und dem zweiten Magnetometer 401 und 402 erfaßt sind, in dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher 40509 als die anfänglichen terrestrischen X-Richtungsmagnetismuskomponente Mx(0) und die anfängliche terrestrische Y- Richtungsmagnetismuskomponente My(0) gespeichert.
Der gegenwärtige Neigungswinkelberechner 40513 berechnet den gegenwärtigen Neigungswinkel θ2 aus dem Winkelwert ψ(n - 1) des Azi muts ψ bei t = n - 1, der aus dem Azimutspeicher 40512 ausgelesen ist, und dem Roll- und dem Steigungswinkelwert β(n - 1) und γ(n - 1) des Roll- und Steigungswinkels β und γ, die aus dem Orientierungswinkelspeicher 70 ausgelesen sind, gemäß der folgenden Gleichung:
θ2 = sin&supmin;¹[aa/(aa² + cc²)1/2],
wobei: aa = cos γ(n - 1) · sin β(n - 1) · cos ψ(n - 1) · sin ψ(n - 1) und cc = cos γ(n - 1) · cos β(n - 1).
Der Vorzeichendefinierer 40514 definiert auf der einen Seite das Vorzeichen als Positiv (+), wenn der gegenwärtige Neigungswinkel θ2 größer als der anfängliche Neigungswinkel θ0 aber kleiner als 90º ist, und definiert auf der anderen Seite das Vorzeichen als Negativ (-), wenn der gegenwärtige Neigungswinkel θ2 gleich oder kleiner als der anfängliche Neigungswinkel θ0 aber größer als -90º ist.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 3, der Orientierungswinkeldetektor weist weiter einen statischen Winkelkorrektionsdefinierer 50 auf, der mit dem statischen Winkelberechner 405 und dem Orientierungswinkelberechner 60 verbunden ist. Der statische Winkelkorrektionsdefinierer 50 dient zum Definieren einer Genauigkeit des statischen Winkels (P, R, Φ) zum Erzeugen eines Korrektionssignales. Dann reagiert der Orientierungswinkelberechner 60 auf das Korrektionssignal zum Berechnen eines Korrektionswertes. Dann korrigiert der Orientierungswinkelberechner 60 den integrierten Wertesatz um den Korrekturwert und erzeugt einen modifizierten Wertesatz. Der modifizierte Wertesatz wird als der Orientierungswinkel (α, β, γ) geliefert.
Der Orientierungswinkelberechner 60 berechnet den ersten bis dritten integrierten Wert ΣΔX, ΣΔY und ΣΔZ gemäß den folgenden Gleichungen:
ΣΔX(n) = γ(n - 1) + ΔX(n);
ΣΔY(n) = β(n - 1) + ΔY(n); und
ΣΔZ(n) = α(n - 1) + ΔZ(n),
wobei ΔX(n), ΔY(n) und ΔZ(n) der X-Bewegungswinkel ΔX, der Y- Bewegungswinkel ΔY bzw. der Z-Bewegungswinkel ΔZ zu der Zeit t = n sind und γ(n - 1), β(n - 1) und α(n - 1) der Rollwinkel γ, der Steigungswinkel β bzw. der Gierwinkel α zu der Zeit t = n - 1 sind. Diese γ(n - 1), β(n - 1) und α(n - 1) werden aus dem Orientierungswinkelspeicher 70 ausgelesen.
Wenn der Orientierungswinkelberechner 60 das Korrektionssignal empfängt, berechnet der Orientierungswinkelberechner 60 zuerst einen ersten bis dritten Winkel fehl er Ex, Ey und Ez durch die folgenden Gleichungen:
Ex = ΣΔX(n) - R(n);
Ey = ΣΔY(n) - P(n); und
Ez = ΣΔZ(n) - Φ(n).
Dann bestimmt der Orientierungswinkelberechner 60 den ersten bis dritten Korrekturwert C1, C2 und C3 als den Korrekturwert aus dem ersten bis dritten Winkelfehler Ex, Ey und Ez und berechnet den ersten bis dritten modifizierten Wert als den Rollwinkel γ, den Steigungswinkel β und den Gierwinkel α durch die folgenden Gleichungen:
γ = ΣΔX(n) - C1;
β = ΣΔY(n) - C2; und
α = ΣΔZ(n) - C3.
In diesem Zusammenhang können die Werte von C1, C2 und C3 kleiner als der erste bis dritte Winkelfehler Ex, Ey bzw. Ez ausgewählt werden. Alternativ können die Werte von C1, C2 und C3 durch k1 · Ex, k2 · Ey bzw. k3 · Ez bestimmt werden, worin k1, k2 und k3 konstante Werte kleiner als 1 sind.
Der Orientierungswinkeldetektor kann bevorzugt mit einem Korrektionskpeffizientengenerator 80 versehen sein, wie in der Figur gezeigt ist. Der Korrektionskoeffizientengenerator 80 ist mit dem statischen Winkelberechner 405 und dem Orientierungswinkelberechner 60 verbunden und erzeugt einen Satz eines ersten bis dritten Koeffizienten ml, m2 und m3. Der erste bis dritte Koeffizient m1, m2 und m3 werden aus vorbestimmten Differenzwerten als Reaktion auf die Winkelwerte des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Rollwinkels R ausgewählt, die von dem statischen Winkelberechner 405 erhalten sind.
Bevorzugt weist der Korrektionskoeffizientengenerator 80 eine Tabelle auf, wie unten in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Tabelle weist verschiedene Sätze des ersten bis dritten Koeffizienten m1, m2 und m3 auf, die zuvor in Entsprechung zu den Winkelwerten des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Rollwinkels R bestimmt sind. Tabelle 1
Allgemein werden der erste bis dritte Koeffizient m1, m2 und m3 relativ niedrig für große Winkelwerte des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Rollwinkels R bestimmt.
Der Orientierungswinkelberechner 60 reagiert auf den Satz des ersten bis dritten Koeffizienten m1, m2 und m3 zum Modifizieren des ersten bis dritten Korrektionswertes C1, C2 und C3 durch Multiplizieren mit dem ersten bis dritten Koeffizienten m1, m2 bzw. m3.
Nun wird die Beschreibung in Hinblick auf die Einzelheit des Korrektionsdefinierers 50 gegeben. Der Korrektionsdefinierer 50 ist mit einem statischen Winkelspeicher 501 zum Speichern des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Rollwinkels R versehen, die von dem statischen Winkelberechner 405 erhalten sind. Der Korrektionsdefinierer 50 vergleicht den vorläufigen Steigungswinkel P(n) und den vorläufigen Rollwinkel R(n), die zu der Zeit t = n empfangen sind, mit dem früheren vorläufigen Steigungswinkel P(n - 1) und vorläufigen Rollwinkel R(n - 1) zu t = n - 1, die von dem statischen Winkelspeicher 501 ausgelesen sind, und definiert den vorläufigen Steigungswinkel P(n) und den vorläufigen Rollwinkel R(n) als genau, wenn die folgenden zwei Gleichungen (1) bzw. (2) erfüllt sind:
R(n) - R(n - 1) - B = 0 (1); und
P(n) - P(n - 1) - D = 0 (2),
worin B und D positive Werte sind, wie gewählt.
In dem Beispiel sind B und D als kleine Werte nahe gleich Null (0) vorbestimmt, die der Korrektionsdefinierer 50 zuvor darin aufweist.
Bei einem anderen Beispiel ist der Korrektionsdefinierer 50 mit dem Bewegungswinkelberechner 310 verbunden und empfängt den X- Bewegungswinkel ΔX(n) und den Y-Bewegungswinkel ΔY(n) davon. B und D werden als der X-Bewegungswinkel ΔX(n) bzw. der Y- Bewegungswinkel ΔY(n) ausgewählt.
Weiterhin kann der Korrektionsdefinierer 50 zum Definieren der Genauigkeit des vorläufigen Gierwinkels Φ gemacht werden. Der Korrektionsdefinierer 50 empfängt den vorläufigen Gierwinkel Φ(t) und den Z-Bewegungswinkel ΔZ(t) von dem statischen Winkelberechner 405 bzw. dem Bewegungswinkelberechner 310. Der vorläufige Gierwinkel Φt wird in dem statischen Winkelspeicher 501 gespeichert. Der Korrektionswinkeldefinierer 50 verarbeitet den vorläufigen Gierwinkel Φ(n) und den Z-Bewegungswinkel ΔZ(n) bei t = n und den Gierwinkel Φ(n - 1) bei t = n - 1, die aus dem Orientierungswinkelspeicher 501 gelesen sind, gemäß der folgenden Gleichung:
Φ(n) - Φ(n - 1) - ΔZ(n) = 0 (3).
Der Korrektionswinkeldefinierer 50 definiert den vorläufigen Gierwinkel Φ(n) als genau, wenn die Gleichung (3) erfüllt ist.
In dem Korrektionsdefinierer kann das laufende Mittel des Bewegungswinkels zum Definieren des statischen Winkels benutzt werden.
Der Korrektionswinkeldefinierer 50 speichert in dem statischen Winkelspeicher 501 den X-Bewegungswinkel ΔX, den Y- Bewegungswinkel ΔY und den Z-Bewegungswinkel ΔZ, die von dem Bewegungswinkelberechner 310 empfangen sind als auch den vorläufigen Steigungswinkel P(n), den vorläufigen Rollwinkel R(n) und den vorläufigen Gierwinkel Φ(n), die von dem statischen Winkelberechner 405 empfangen sind. Der Korrektionsdefinierer 50 berechnet ein laufendes Mittel der Variation des vorläufigen Steigungswinkel P(t), ein laufendes Mittel der Variation des vorläufigen Rollwinkels R(t), ein laufendes Mittel der Variation des vorläufigen Gierwinkels Φ(n), ein laufendes Mittel des X- Bewegungswinkels ΔX(t), ein laufendes Mittel des Y- Bewegungswinkels ΔY(t) und ein laufendes Mittel des Z- Bewegungswinkels ΔZ(t). Dann definiert der Korrektionsdefinierer 50 den vorläufigen Steigungswinkel P(n), den vorläufigen Rollwinkel R(n) und den vorläufigen Gierwinkel Φ(n) als genau, wenn die folgenden drei Gleichungen (4), (5) bzw. (6) erfüllt sind:
[R(n)-R(n - 1)]/C - [ΔX(n) + ΔX(n - 1) + ... + ΔX(n - C + 1)]/C = 0 (4);
[P(n)-P(n - 1)]/C - [ΔY(n) + ΔY(n - 1) + ... + AY(n - C + 1)]/C = 0 (5);
und
[Φ(n) - Φ(n - 1)]/0 - [ΔZ(n) + ΔZ(n - 1) + ... + ΔZ(n - C + 1)]/C = 0 (6).
Als Resultat des Definierens der Genauigkeit des statischen Winkels erzeugt der Korrektionsdefinierer 50 das Korrektionssignal, wenn mindestens einer von dem vorläufigen Steigungswinkel P(n) und dem vorläufigen Rollwinkel R(n) als genau definiert ist, und der Korrektionsdefinierer 50 erzeugt ein Nichtkorrektionssignal, wenn keiner des vorläufigen Steigungswinkels und des vorläufigen Rollwinkels R(n) als genau definiert ist. Als Reaktion auf das Nichtkorrektionssignal muß der Orientierungswinkelberechner 60 den integrierten Wertesatz von ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) als den Orientierungswinkel (γ, β, α) erzeugen.
Bei der Ausführung zum Definieren der Genauigkeit des vorläufigen Gierwinkels Φ(n) erzeugt der Korrektionsdefinierer 50 auch das Korrektionssignal, wenn der vorläufige Gierwinkel Φ(n) als genau definiert ist, aber in keiner Beziehung dazu, ob oder nicht der vorläufige Steigungswinkel und der vorläufige Rollwinkel R(n) als genau definiert sind. Wenn keiner des vorläufigen Steigungswinkels, des vorläufigen Rollwinkels R(n) und des Gierwinkels Φ(n) als genau definiert ist, erzeugt der Korrektionsdefinierer 50 das Nichtkorrektionssignal.
Bei einer anderen Ausgestaltung kann der Korrektionsdefinierer 50 nach Definieren der Genauigkeit eines besonderen des vorläufigen Rollwinkels R, des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels Φ als das Korrektionssignal ein Bezeichnungssignal erzeugen, das darstellt welcher besondere von dem vorläufigen Rollwinkel R, dem vorläufigen Steigungswinkel P und dem vorläufigen Gierwinkel Φ als genau definiert ist. Als Reaktion auf das Bezeichnungssignal modifiziert der Orientierungswinkelberechner 60 einen speziellen des ersten bis dritten integrierten Wertes ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) entsprechend dem besonderen des vorläufigen Rollwinkels R, des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels Φ durch die Be nutzung des vorläufigen Steigungswinkels P, des vorläufigen Rollwinkels R und des vorläufigen Gierwinkels Φ zum Erzeugen spezieller modifizierter Werte. Dann liefert der Orientierungswinkelberechner 60 die speziellen modifizierten Werte als die speziellen des Rollwinkels γ, des Steigungswinkels β bzw. des Gierwinkels α, die den speziellen des ersten bis dritten integrierten Wertes ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣΔY(n) entsprechen. Der Orientierungswinkelberechner 60 liefert auch die verbleibenden der anderen, die nicht die speziellen sind, des ersten bis dritten integrierten Wertes ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) als die verbleibenden, die nicht die speziellen des Rollwinkels γ, des Steigungswinkels β und des Gierwinkels α sind.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 12, ein Orientierungswinkeldetektor gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung benutzt einen dritten Beschleunigungsmesser 406, der parallel zu der Zs-Achse der Detektorkoordinate vorgesehen ist, zum Erzeugen eines dritten Beschleunigungserfassungssignales Az. Bei dieser Ausführungsform weist der statische Winkelberechner 405 weiter einen zusätzlichen Analog/Digital-Wandler 4061 auf, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 4 gezeigt ist.
Der zusätzliche Analog/Digital-Wandler 4061 ist mit dem dritten Beschleunigungsmesser 406 verbunden und tastet das dritte Beschleunigungserfassungssignal Az in jedem Abtastintervall St ab zum Erzeugen eines dritten zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignales. Das dritte zeitserielle Beschleunigungssignal wird zusätzlich in den Rollwinkelberechner 40504 zum Berechnen des vorläufigen Rollwinkels R benutzt.
Das erste, zweite und dritte zeitserielle digitale Beschleunigungssignal werden durch Ay(t) und Az(t) dargestellt, wobei t = n, n - 1, ..., 1, St = n - (n - 1) ist, der vorläufige Rollwinkelberechner 40503 den vorläufigen Rollwinkel gemäß den folgenden Gleichungen berechnet:
wenn Az > 0,
R(n) = sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)],
wenn Az < 0 und Ax > 0
R(n) = π - sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)], und
wenn Az < 0 und Ax < 0,
R(n) = -π - sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)],
wobei P(n), R(n), Ay(,n) und Az(n) jeweils P, R, Ax(t), Ay(t) und Az(t) bei t = n darstellen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform empfängt der statische Winkelkorrektionsdefinierer 50 das erste, zweite, und dritte Beschleunigungserfassungssignal (Ax, Ay, Az), wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Aus dem ersten, zweiten und dritten Beschleunigungserfassungssignal (Ax, Ay, Az) berechnet der Korrektionsdefinierer 50 einen Absolutwert eines zusammengesetzten Beschleunigungsvektors der Beschleunigung der Xs-Achsenrichtung, Ys-Achsenrichtung und Zs- Achsenrichtung gemäß der folgenden Gleichung:
A = (Ax + Ay + Az)1/2.
Der Korrektionsdefinierer 50 erzeugt das Korrektionssignal, wenn A = 1G ist, wobei G die Gravitationsbeschleunigung ist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung vor, die die Coriolisvibratorgyroskope enthält, wodurch das Vereinfachen des Zusammensetzens des Orientierungswinkeldetektors unter Benutzung der Coriolisvibratorgyroskope ermöglicht.
Es wird Bezug genommen Fig. 13A und 13B, drei-piezoelektrische Keramikvibratoren des ersten bis dritten Gyroskopes 301-303 sind fest auf drei Abschnitten einer flexiblen Leiterplatte 201 angebracht. Die flexible Leiterplatte 201 ist zum Bilden eines rechtwinkligen dreieckigen Zylinders gebogen, wie in Fig. 11B gezeigt ist, wobei ein erster und ein zweiter Seitenplattenabschnitt senkrecht zueinander und ein dritter Seitenplattenabschnitt einen rechteckigen dreieckigen Zylinder bilden. Die fle xible Leiterplatte 201 weist zwei Schlitze 202 und 203 an Biegungsabschnitten so auf, daß die Biegetätigkeit erleichtert wird.
Nach dem Anbringen des ersten bis dritten piezoelektrischen Keramikvibrators 301, 302 und 303 auf der flexiblen Leiterplatte 201 wird die flexible Leiterplatte 201 zum Bilden des dreieckigen Zylinders gebogen. Dann sind der erste bis dritte piezoelektrische Keramikvibrator des ersten bis dritten Gyroskopes 301, 302 und 303 automatisch parallel zu der Xs-Achse, der Ys-Achse und der Zs-Achse der Erfassungskoordinate vorgesehen.
Die flexible Leiterplatte 201 weist eine Endkante des rechteckigen dreieckigen Zylinders auf, die sich auf einer einzelnen Ebene erstreckt, und Anschlüsse 204 erstrecken sich von der Endkante. Die Anschlüsse 204 dienen zur elektrischen Verbindung mit externen elektrischen Teilen. Der dritte Seitenplattenabschnitt erstreckt sich in eine Richtung entgegengesetzt zu der Endkante über den ersten und den zweiten Seitenplattenabschnitt so, daß das dritte Gyroskop 303 in der Z-Achse zuverlässig auf der flexiblen Leiterplatte angebracht ist.
Anstelle der einzelnen flexiblen Leiterplatte 201 können drei Leiterplatten für den ersten bis dritten Seitenplattenabschnitt benutzt werden.
Bei dem Coriolisvibratorgyroskopen, die in dem Orientierungswinkeldetektor gemäß dieser Erfindung benutzt werden, kann jede Art von piezoelektrischen Vibrator benutzt werden, aber er ist bevorzugt aus nichtmagnetischem piezoelektrischen Materialien aus zum Beispiel piezoelektrischen Keramiken, piezoelektrischen Einkristallmaterial und Silizium hergestellt.
Bei gewissen Anwendungen der Orientierungswinkeldetektors werden nur zwei Faktoren (zum Beispiel Steigungs- und Gierwinkel) des Orientierungswinkels ohne Benutzung des anderen Faktors (Roll winkels) benötigt. Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist auf einen zweidimensionalen (2-D) Orientierungswinkeldetektor gerichtet, der bei solchen Anwendungen benutzt wird.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 14 und 15, der darin gezeigte zweidimensioriale Orientierungswinkeldetektor ist ähnlich zu dem in Fig. 1 bis 11 gezeigten dreidimensionalen Orientierungswinkeldetektor mit der Ausnahme, daß eines der drei Gyroskope und Teile und Funktionen, die damit verknüpft sind, weggelassen sind. Die ähnlichen Teile sind die gleichen Bezugszeichen mit oder ohne Apostroph (') dargestellt.
Der zweidimensionale Orientierungswinkeldetektor liefert nur den Gierwinkel α und den Steigungswinkel β als einen zweidimensionalen Orientierungswinkel. Das erste und das zweite Gyroskop 302 und 303 sind parallel zu der Ys- und Zs-Achse vorgesehen, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Das erste und zweite Gyroskop 302 und 303 entsprechen dem zweiten und dritten Gyroskop 302, 303 in Fig. 1 zum Messen der ersten bzw. der zweiten Winkelgeschwindigkeit Jy und Jz.
Ein Bewegungswinkelberechner 310' berechnet aus der ersten und der zweiten Winkelgeschwindigkeit Jy und Jz einen Y- Bewegungswinkel ΔY um die Y-Achse und einen Z-Bewegungswinkel ΔZ um die Z-Achse als zwei Faktoren des Bewegungswinkels.
Das erste und das zweite terrestrische Magnetometer 401 und 402 sind parallel zu der Xs- und Ys-Achse zum Erzeugen des ersten bzw. des zweiten Magneterfassungssignales (Mx, My) vorgesehen, - und ein Beschleunigungsmesser 403 ist parallel zu der Xs-Achse zum Erzeugen eines Beschleunigungserfassungssignales (Ax) vorgesehen, wie in Fig. 14 gezeigt ist, wie ähnlich zu Fig. 1 ist. Ein statischer Winkelberechner 405' berechnet einen vorläufigen Steigungswinkel P und einen vorläufigen Gierwinkel Φ als den azimutalen Abweichungswinkel von dem ersten und dem zweiten Ma gneterfassungssignal (Mx, My) und dem Beschleunigungserfassungssignal (Ax).
Ein Orientierungswinkelberechner 60' berechnet einen integrierten Wertesatz des ersten und des zweiten integrierten Wertes (ΣΔY, ΣΔZ) durch Zeitintegration des Y-Bewegungswinkels ΔY und des Z-Bewegungswinkels ΔZ und erzeugt den zweidimensionalen Orientierungswinkel (α, β) aus dem integrierten Wertesatz (ΣΔY, ΣΔZ) und dem statischen Winkel, wobei der zwei dimensionale Orientierungswinkel in einem Orientierungswinkelspeicher 70 gespeichert wird.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Gyroskop 302 und 303 und dem Bewegungswinkelberechner 310' gibt es ein erstes und ein zweites Hochpaßfilter 305 und 306 für ähnliche Zwecke des zweiten und dritten von Fig. 3. Es ist nicht nötig zu sagen, daß der erste und der zweite A/D-Wandler an Ausgangsseiten der Hochpaßfilter zum digitalen Verarbeiten von Signalen benutzt werden, obwohl sie zur Vereinfachung der Zeichnungen nicht gezeigt sind.
Der Hochpaßfilterkorrigierer 311 von Fig. 6 kann bei dieser Ausführungsform benutzt werden, und das digitale Hochpaßfilter von Fig. 8 kann anstelle der Hochpaßfilter 305 und 306 benutzt werden. Die Beschreibung der Hochpaßfilter, der A/D-Wandler, der digitalen A/D-Wandler werden zum Zweck der Vereinfachung der Beschreibung weggelassen.
In dem die zeitseriellen Bewegungswinkelsignale empfangen werden, die den zeitseriellen Y-Bewegungswinkel ΔY(t), t = n, (n - 1), (n - 2), ..., 1, n - (n - 1) = St, und das zeitserielle Z- Bewegungssignal ΔZ(t) darstellen, berechnet der Bewegungswinkelberechner 310' den Y-Bewegungswinkel ΔY(n) und Z-Bewegungswinkel ΔZ(n) bei t = n gemäß der folgenden Gleichung:
Der zweidimensionale Orientierungswinkeldetektor gemäß dieser Ausführungsform weist weiter einen ersten und einen zweiten Oszillationsentferner 321 und 322 zum Entfernen von Rauschen auf, das in der ersten und der zweiten Gyrosausgabe (Jy, Jz) aufgrund der Oszillation des Detektors selbst aufgrund zum Beispiel unbeabsichtigter Vibration der Benutzerhand enthalten ist.
Der erste und der zweite Oszillationsentferner 321 und 322 verbinden das erste und das zweite Hochpaßfilter 305 und 306 mit dem Bewegungswinkelberechner 310'. Der erste und der zweite Oszillationsentferner 321 und 322 sind tätig zum Bilden eines ersten und eines zweiten Zeitmittels der ersten und der zweiten Filterausgabe über eine vorbestimmte Zeitdauer. Dann vergleichen der erste und der zweite Oszillationsentferner 321 und 322 das erste und das zweite Zeitmittel mit einem ersten bzw. zweiten vorbestimmten Schwellenwert. Der erste und der zweite Oszillationsentferner 321 und 322 entfernen zeitweilig Teile der ersten und der zweiten Filterausgabe, wenn das erste und das zweite Zeitmittel kleiner als der erste bzw. der zweite Schwellenwert ist und erzeugen ein erstes und ein zweites verarbeitetes Signal. Das erste und das zweite verarbeitete Signal werden an den Bewegungswinkelberechner 310' als das erste und das zweite eingehende Signal angelegt.
In jedem der Oszillationsentferner 321 und 322 wird das eingehende Signal durch J(n) bei t = n dargestellt, wobei der Schwellenwert &epsi; ist, der Oszillationsentferner (321 und 322) defiliert, daß das eingehende Signal Rauschen aufweist, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist:
J(n) + J(n - 1) + ... + J(n - a) /a < &epsi;,
worin a eine Zahl von Abtastintervallen zum Bestimmen der Zeitdauer (a · St) ist, für daß das Mittel berechnet wird. Der Wert von a wird gewöhnlich zu 3 gewählt. Dann behandelt der Oszillationsentferner das eingehende Signale J(n) als Null (0), das heißt, er liefert ein Ausgangssignal, das einen Wert von Null (0) als Reaktion auf das eingehende Signal J(n) darstellt.
Der statische Winkelberechner 405' ist ähnlich zu dem statischen Winkelberechner 405 in Fig. 4 mit der Ausnahme, daß er weder den A/D-Wandler 4052 noch den Rollwinkelberechner 40503 zum Erhalten des vorläufigen Rollwinkels R aufweist. Daher sollte auch die Beschreibung in Zusammenhang mit Fig. 4 Bezug genommen werden für die Beschreibung des statischen Winkelberechners 405'.
Der zweidimensionale Orientierungswinkeldetektor weist auch einen statischen Winkelkorrektionsdefinierer 50' zum Liefern eines Korrektionssignal an den Orientierungsrechner 60', wenn der vorläufige Steigungswinkel P und/oder der vorläufige Gierwinkel Φ genau sind.
Die Definierungstätigkeit ist ähnlich zu der des Korrektionsdefinierers 50 in Fig. 3, aber der vorläufige Rollwinkel R wird nicht definiert. Die Definierungstätigkeit kann gemäß den oben beschriebenen Gleichungen (5) und (6) durchgeführt werden.
Weiter berechnet der Orientierungswinkelberechner 60' nur zwei Faktoren (α, β). Folglich ist die Korrektionstätigkeit des Orientierungswinkels als Reaktion auf das Korrektionssignal von dem Korrektionsdefinierer ähnlich zu der in dem Orientierungswinkelberechner 60 in Fig. 3, mit der Ausnahme, daß der Rollwinkel γ nicht behandelt wird. Daher wird die Beschreibung des Orientierungwinkelberechners 60' zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung weggelassen.

Industrielle Anwendung

Gemäß dieser Erfindung kann ein Orientierungswinkeldetektor erhalten werden, der klein und einfach im Aufbau ist, hervorragend in der Genauigkeit und niedrig in den Kosten. Der Orientierungswinkeldetektor kann für einen Detektor in einer HMD, einem De tektor in verschiedenen Testmaschinen für verschiedene sich bewegende Körper oder einem Eingangsanschluß für einen Computer, einer Datenverarbeitungsanlage und einer Computerspielmaschine benutzt werden.

Claims

1. Orientierungswinkeldetektor mit einer Mehrzahl von Gyroskopen (301-303), die parallel zu einer Mehrzahl von orthogonalen Achsen (Xs-Zs) vorgesehen sind, die eine Detektorkoordinate jeweils auf dem Detektor definieren, zum Messen von Winkelgeschwindigkeiten (Jx, Jy, Jz) von entsprechenden Achsen (Xs-Zs), einem Bewegungswinkelberechner (310), der mit der Mehrzahl von Gyroskopen (301-303) verbunden ist, zum Berechnen eines Bewegungswinkels (ΔX, ΔY, ΔZ) aus den Winkelgeschwindigkeiten, mindestens einem Beschleunigungsmesser (403, 404), der parallel zu der mindestens einen der orthogonalen Achsen (Xs-Zs) vorgesehen ist, zum Messen der linearen Beschleunigung (Ax, Ay, Az), einem statischen Winkelberechner (405), der mit dem mindestens einem Beschleunigungsmesser (403, 404) verbunden ist, zum Berechnen eines statischen Winkels (R, P) aus der Beschleunigung (Ax, Ay), und einem Orientierungswinkelberechner (60), der mit dem Bewegungswinkelberechner (310) und dem statischen Winkelberechner (405) verbunden ist, zum Integrieren des Bewegungswinkels (ΔX, ΔY, ΔZ) zu einem integrierten Winkel und zum Berechnen eines Orientierungswinkels (α, β, γ) aus dem integrierten Winkel und dem statischen Winkel (RP),

dadurch gekennzeichnet,

daß der Orientierungswinkel (α, β, γ) eine Winkeldifferenz zwischen der Detektorkoordinate (Xs, Ys-Zs) und einer Referenzkoordinaten (X-Y-Z) in einem Raum einschließlich des Detektors ist, worin zwei Magnetometer (401, 402) parallel zu zwei der Mehrzahl von orthogonalen Achsen (Xs, Ys) vorgesehen sind zum Messen der terrestrischen Magnetkomponenten (Mx, My) in den zwei der Mehrzahl von Achsen (Xs, Ys), und

daß der statische Winkelberechner (405) mit den zwei Magnetometern (401, 402) verbunden ist zum Berechnen eines Azimuts aus den terrestrischen Magnetkomponenten (Mx, My) zum Erzeugen aus dem Azimut eines Azimutabweichungswinkel Φ aus der Referenzkoordinate (X-Y-Z) als ein Additionsfaktor des statischen Winkels R, P).

2. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 1, weiter mit einem Orientierungswinkelspeicher (70), der mit dem Orientierungswinkelberechner (60) verbunden ist, zum Speichern des Orientierungswinkels (α, β, γ), worin die Referenzkoordinate eine dreidimensionale Koordinate mit einer vertikalen Z-Achse und zwei horizontalen Y- und X-Achsen ist und die Detektorkoordinate eine andere dreidimensionale Koordinate mit drei orthogonalen Achsen Zs, Ys und Xs entsprechend den Z-, Y- bzw. X-Achsen ist, der Orientierungswinkel durch Z-Y-X-Eulerwinkel dargestellt ist, der aus drei Komponenten eines Gierwinkels α, der ein Rotationswinkel um die Z-Achse ist, eines Steigungswinkels β, der ein Rotationswinkel um die Y-Achse ist, und eines Rollwinkels γ, der ein Rotationswinkel um die X-Achse ist, zusammengesetzt ist, und worin die Mehrzahl von Gyroskopen ein erstes bis ein drittes Gyroskop (301-303) ist, die parallel zu der Xs-, Ys- und der Zs- Achse vorgesehen sind, zum Messen der ersten bis dritten Winkelgeschwindigkeit (Jx, Jy, Jz) um die Xs-, Ys- bzw. Zs-Achse, wobei der Bewegungswinkelberechner (310) aus der ersten bis dritten Winkelgeschwindigkeit (Jx, Jy, Jz) einen X-Bewegungswinkel ΔX um die X-Achse, einen Y-Bewegungswinkel ΔY um die Y-Achse und einen Z-Bewegungswinkel ΔZ um die Z-Achse als drei Faktoren des Bewegungswinkels berechnet, und worin die zwei terrestrischen Magnetometer ein erstes und ein zweites (401, 402) sind, die parallel, zu der Xs- und Ys-Achse vorgesehen sind, zum Erzeugen eines ersten bzw. eines zweiten Magneterfassungssignales (Mx, My), und der mindestens eine Beschleunigungsmesser ein erster und ein zweiter Beschleunigungsmesser (403, 404) ist, die parallel zu der Xs- und Ys-Achse vorgesehen sind, zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Beschleunigungserfassungssignales (Ax, Ay), wobei der statische Winkelberechner (405) einen vorläufigen Steigungswinkel P, einen vorläufigen Rollwinkel R und einen vor läufigen Gierwinkel Φ als den azimutalen Abweichungswinkel aus dem ersten und dem zweiten Magneterfassungssignal (Mx, My) und dem ersten und dem zweiten Beschleunigungsabpassungssignal (Ax, Ay) berechnet, wobei der vorläufige Steigungswinkel P, der vorläufige Rollwinkel R und der vorläufige Gierwinkel Φ Faktoren des statischen Winkels sind, und worin der Orientierungswinkelberechner (60) eine integrierte Wertmenge des ersten bis dritten integrierten Wertes (ΣΔX, ΣΔY, ΣΔZ) berechnet durch die Zeitintegration des X-Bewegungswinkels ΔX, des Y-Bewegungswinkels ΔY und des Z-Bewegungswinkels ΔZ und den Orientierungswinkel aus der integrierten Wertemenge (ΣΔX, ΣΔY, ΣΔZ) und dem statischen Winkel erzeugt, wobei der Orientierungswinkel in dem Orientierungswinkelspeicher (70) gespeichert ist.

3. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 2, bei dem das erste bis dritte Gyroskop (301-303) Koriolisvibratorgyroskope sind, von denen jedes einen piezoelektrischen Vibrator aufweist, das erste bis dritte Gyroskop (301-303) eine erste bis dritte Gyroausgabe (Jx, Jy, Jz) erzeugt, die die Winkelgeschwindigkeiten um die Xs-, Ys- und Zs-Achse darstellen.

4. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 3, weiter mit einem ersten bis dritten Hochpaßfilter (304-306), die mit ersten bis dritten Koriolisvibratorgyroskop (301-303) verbunden sind, zum Auslöschen von Offsetspannungen, die in der ersten bis dritten Gyroausgabe (Jx, Jy, Jz) des ersten bis dritten Köriolisvibratorgyroskop enthalten sind, zum Erzeugen einer ersten bis dritten Filterausgabe.

5. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 4, bei dem jedes des ersten bis dritten Hochpaßfilters (304-306) eine Abschneidefrequenz von 0,1 Hz oder niedriger aufweist.

6. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 4, bei dem jedes des ersten bis dritten Hochpaßfilters (304-306) eine variable Abschneidefrequenz aufweist.

7. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 4, wobei das erste bis dritte Hochpaßfilter (304-306) Hochpaßfilter vom Analogtyp sind, der Orientierungswinkeldetektor weiter einen ersten bis dritten Analog/Digitalwandler (307-309) aufweist, die mit dem ersten bis dritten Hochpaßfilter (304-306) verbunden sind, zum Abtasten der ersten bist dritten Filterausgabe in jedem Abtastintervall St zum Erzeugen eines ersten bis dritten zeitseriellen Digitalsignales, wobei der Bewegungswinkelberechner (310) das erste bis dritte zeitserielle Digitalsignal als eingehendes erstes bis drittes zeitserielles Digitalsignal empfängt zum Erzeugen von drei zeitseriellen Bewegungswinkelsignalen (ΔX, ΔY, ΔZ), die den Bewegungswinkel darstellen, wobei der Orientierungswinkelberechner (60) die drei zeitseriellen Bewegungswinkelsignale (ΔX, ΔY, ΔZ) zum zeitseriellen Erzeugen des Orientierungswinkels empfängt, und der Orientierungswinkelspeicher (70) mit dem Orientierungswinkelberechner (60) zum Speichern des Orientierungswinkel auf zeitserielle Weise verbunden ist, der von dem Orientierungswinkelberechner (60) geliefert ist.

8. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 7, bei dem das erste bis dritte zeitserielle Bewegungswinkelsignal einen zeitseriellen X-Bewegungswinkel ΔX(t), t = n, (n - 1), (n - 2), ..., 1, n - (n - 1) = St, einen zeitseriellen Y-Bewegungswinkel AY(t) und einen zeitseriellen Z-Bewegungswinkel AZ(t) darstellen, wobei der Bewegungswinkelberechner (310) den X-Bewegungswinkel ΔX(n), den Y- Bewegungswinkel ΔY(n) und den Z-Bewegungswinke ΔZ(n) bei t = n gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

wobei β(n - 1) und γ(n - 1) der Steigungswinkel β und der Rollwinkel γ zu t = n - 1 sind, die aus dem Orientierungswinkelspeicher (70) ausgelesen sind, Jx(n), Jy(n) und Jz(n) das erste bis dritte Si gnal aus dem ersten bis dritten eingehenden zeitseriellen Digitalsignalen bei t = n sind.

9. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 8, weiter mit drei Hochpaßfilterkorrekturschaltungen (311), die zwischen dem ersten bis dritten Analog/Digitalwandler (307-309) und dem Bewegungswinkelberechner (310) verbunden sind, zum Kompensieren von Fehlern, die den ersten bis dritten Hochpaßfilter begleiten, zum Erzeugen eines ersten bis dritten Korrektursignales, wobei das erste bis dritte Korrektursignal an den Bewegungswinkelberechner (310) geliefert wird als das erste bis dritte eingehende zeitserielle Digitalsignal, wobei jede der Hochpaßfilterkorrektur- Schaltungen (311) eine Berechnung ausführt, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

J(n) = S(n) + (Δt/RC) · ΣF(n),

wobei J(n) das korrigierte Signal ist, das ein entsprechendes der eingehenden zeitseriellen Digitalsignale bei t = n ist, F(n) der Digitalwert des entsprechenden des ersten bis dritten zeitseriellen Digitalsignales bei t = n ist und Δt/RC ein konstanter Wert ist.

10. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 9, bei dem die Hochpaßfilterkorrekturschaltung (311) einen Integrator mit einem ersten Addierer (31101) und einem Register (31102) aufweist zum Integrieren der Digitalwerte des entsprechenden zeitseriellen Digitalsignales zum Halten eines integrierten Wertes in dem Register (31102), einen Konstantwerterzeuger (31103) zum Erzeugen des konstanten Wertes, einen Multiplizierer (31104), der mit dem Register (31102) und dem Konstantwerterzeuger (31101) verbunden ist zum Multiplizieren des integrierten Wertes mit dem Konstantwert zum Erzeugen eines multiplizierten Wertes, und einen zweiten Addierer (31105) zum Addieren des multiplizierten Wertes zu den Digitalwerten, die zeitseriell eingehen, zum Erzeugen des korrigierten Signales.

11. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 10, bei dem die Hochpaßfilterkorrekturschaltung (311) weiter eine Offsetfehlerkompensationsschaltung (31106-31108) zum Kompensieren eines Offsetfehlers aufweist, der durch die Berechnung in dem Integrator (31101-31102) und dem zweiten Addierer (31105) verursacht wird, wobei die Offsetfehlerkompensationsschaltung einen Ausgangsdefinierer (31106) zum Beobachten, wenn das korrigierte Signal konstant gehalten wird zum Definieren des Offsetfehlerniveaus, einen Fehlerkorrigierer (31107), der mit dem Ausgangsdefinierer verbunden ist und auf das Fehlerniveau reagiert, zum Erzeugen eines Fehlerkorrektursignales, wobei das Fehlerkorrektursignal an das Register (31102) geliefert wird zum Korrigieren des integrierten Wertes, und eine Konstantwertkorrekturschaltung. (31108), die mit dem Fehlerkorrigierer (31107) verbunden ist und auf das Fehlerkorrektursignal reagiert zum Korrigieren des Konstantwertes des Konstantwertgenerators (31103), aufweist.

12. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 4, bei dem das erste bis dritte Hochpaßfilter eine erste bis dritte digitale Hochpaßfiltereinrichtung (Fig. 8) sind zum Erzeugen der ersten bis dritten zeitseriellen Digitalfilterausgaben, wobei jede der ersten bis dritten digitalen Hochpaßfiltereinrichtungen (Fig. 8) aufweist einen Analog/Digitalwandler (313), der mit einem entsprechenden des ersten bis dritten Gyroskopes (301-303) zum Abtasten einer entsprechenden der ersten bis dritten Gyroausgaben an den Abtastintervallen St zum Erzeugen eines zeitseriellen Digitalsignales verbunden ist, ein Digitalfilter (315), das mit dem Analog/Digitalwandler (313) verbunden ist zum Filtern des zeitseriellen Digitalsignales zum Erzeugen einer entsprechenden der ersten bis dritten zeitseriellen Digitalfilterausgaben, wobei der Bewegungswinkelberechner (310) die erste bis dritte zeitserielle Digitalfilterausgabe als erstes bis drittes eingehendes zeitserielles Digitalsignal empfängt zum Erzeugen von drei zeitseriellen Bewegungswinkelsignalen (ΔX, ΔY, ΔZ), die den Bewegungswinkel darstellen, wobei der Orientierungswinkelberechner (16) die drei zeitseriellen Bewegungswinkelsignale (ΔX, ΔY, ΔZ) empfängt zum zeitseriellen Erzeugen des Orientierungswinkels und der Orientierungswinkelspeicher (70) den Orientierungswinkel zeitseriell speichert, der von dem Orientierungswinkelberechner geliefert wird.

13. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 12, bei dem das erste bis dritte zeitserielle Bewegungswinkelsignal den zeitseriellen X-Bewegungswinkel ΔX(t), t = n, (n - 1), (n - 2), ..., 1, wobei St = n - (n - 1) ist, den zeitseriellen Y-Bewegungswinkel ΔY(t) und den zeitseriellen Z-Bewegungswinkel ΔZ(t) darstellt, wobei der Bewegungswinkelberechner (310) den X-Bewegungswinkel ΔX(n), den Y-Bewegungswinkel ΔY(n) und den Z-Bewegungswinkel ΔZ(n) bei t = n gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

wobei β (n - 1) und γ(n - 1) der Steigungswinkel β und der Rollwinkel γ zu t = n - 1 sind, die aus dem Orientierungswinkelspeicher gelesen sind, Jx(n), Jy(n) und Jz(n) das erste bis dritte Digitalsignal der ersten bis dritten eingehenden zeitseriellen Digitalsignale bei t = n sind.

14. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 13, bei dem das Digitalfilter ein Unendlichimpulsreaktionstyp (315) ist mit Verzögerungspufferwerten (P1, P2) und bei dem die digitale Hochpaßfiltereinrichtung (Fig. 8) weiter einen Positiv/Negativdefinierer (316), der mit einer Ausgangsseife des Digitalfilters (315) verbunden ist, zum Definieren aus der zeitseriellen Digitalfilterausgabe, wann sich das zeitserielle Digitalsignal zwischen positiv oder negativ ändert zum Erzeugen eines Änderungssignales, und eine Verzögerungspufferwertrücksetzschaltung (317), die mit dem Digitalfilter (315) und dem Positiv/Negativdefinierer (316) verbunden ist und auf das Änderungs signal reagiert, zum Zurücksetzen der Verzögerungspufferwerte (P1, P2) des Digitalfilters (315), aufweist.

15. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 14, bei dem die digitale Hochpaßfiltereinrichtung (Fig. 8) weiter einen Offsetwertgenerator (319) zum Erzeugen eines Offsetwertes, einen Multiplizierer (320), der mit dem Offsetwertgenerator (319) verbunden ist und den Analog/Digitalwandler (313) mit dem Digitalfilter (315) verbindet, zum Multiplizieren des zeitseriellen Digitalsignales mit dem Offsetwert, und eine Offsetwertkorrektur- Schaltung (318), die mit dem Offsetwertgenerator (319) und dem Positiv/Negativdefinierer (316) verbunden ist und auf das Änderungssignal reagiert, zum Korrigieren des Offsetwertes, aufweist.

16. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 2, bei dem der statische Winkelberechner (405) einen ersten und einen zweiten Analog/Digitalwandler (40501, 40502), die mit dem ersten und dem zweiten Beschleunigungsmesser (403, 404) verbunden sind, zum Abtasten des ersten und des zweiten Beschleunigungserfassungssignales (Ax, Ay) zu jedem Abtastintervall St zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignales, einen vorläufigen Steigungswinkelberechner (40504), der mit dem ersten Analog/Digitalwandler (40501) verbunden ist, zum Berechnen des vorläufigen Steigungswinkels P aus dem ersten zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignal, und einen vorläufigen Rollwinkelberechner (40503), der mit dem zweiten Analog/Digitalwandler (40502) und dem vorläufigen Steigungswinkelberechner (40504) verbunden ist, zum Berechnen des vorläufigen Rollwinkels R aus dem zweiten zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignal und dem vorläufigen Steigungswinkel P aufweist, wobei der vorläufige Rollwinkel R und der vorläufige Steigungswinkel P Faktoren des statischen Winkels sind.

17. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 16, bei dem das erste und das zweite zeitserielle digitale Beschleunigungssignal durch Ax(t) und Ay(t) dargestellt sind, worin t = n, n - 1, ..., 1, St = n - (n - 1) ist und der vorläufige Steigungswinkelberechner (40504) und der vorläufige Rollwinkelberechner (40503) den vorläufigen Steigungswinkel und den vorläufigen Rollwinkel R gemäß den folgenden Gleichungen jeweils berechnet:

P(n) = sin&supmin;¹Ax(n), und

R(n) = sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)],

worin P(n), R(n), Ax(n) und Ay(n) jeweils P, R, Ax(t) und Ay(t) bei t = n darstellen.

18. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 17, bei dem der statische Winkelberechner (405) einen dritten und einen vierten Analog/Digitalwandler (40505, 40506), die mit dem ersten und zweiten terrestrischen Magnetometer (401, 402) verbunden sind, zum Abtasten des ersten und des zweiten Magneterfassungssignales Mx und My während jedem Abtastintervall St zum Erzeugen von einem ersten und einem zweiten zeitseriellen digitalen Magneterfassungssignal, einen Koordinatentransformationsberechner (40507), der mit dem dritten und dem vierten Analog/Digitalwandler (40505, 40506), dem vorläufigen Rollwinkelberechner (40503) und dem vorläufigen Steigungswinkelberechner (40504) verbunden ist, zum Transformieren des ersten und des zweiten zeitseriellen digitalen Magneterfassungssignales in ein erstes und ein zweites zeitserielles digitales terrestrisches Magnetkomponentensignal, die die zwei entsprechenden terrestrischen Magnetkomponenten Hx und Hy in der X-Y-Ebene der X-Y-Z- Referenzkoordinate darstellen, einen Azimutberechner (40508), der mit dem Koordinatentransformationsberechner (40507) verbunden ist, zum Berechnen eines Azimuts ψ aus den terrestrischen Magnetkomponenten Hx und Hy zum Erzeugen eines vorläufigen Gierwinkel Φ als den Azimutabweichungswinkel, und einen Azimutspeicher (40512), der mit dem Azimutberechner (40508) verbunden ist, zum Speichern des Azimuts ψ, aufweist.

19. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 18, bei dem der statische Winkelberechner (405) weiter einen Z- Richtungsmagnetkomponentengenerator (40509-40515) aufweist, der mit den) dritten und dem vierten Analog/Digitalwandler (40505, 40506) verbunden ist, zum Erzeugen eines zeitseriellen digitalen Z-Richtungsmagnetkomponentensignales Mz aus dem ersten und dem zweiten zeitseriellen Magneterfassungssignalen Mx und My, einem terrestrischen Magnetismus Ht, der zuvor gemessen wurde, einem anfänglichen Schrägwinkels θ0 einer Xs-Ys-Ebene, die durch die Xs- und Ys-Achsen der Detektorkoordinate von der X-Y-Ebene definiert ist, und einem gegenwärtigen Schrägwinkels θ2 der Xs-Ys- Ebene von der X-Y-Ebene, und der Koordinatentransformationsberechner (40507) berechnen die terrestrischen Magnetkomponenten Hx und Hy von dem ersten und dem zweiten zeitseriellen Magneterfassungssignalen Mx und My, dem zeitseriellen digitalen Z- Richtungsmagnetkomponentesignal Mz und den vorläufigen Steigungs- und Rollwinkeln P und R gemäß der folgenden Gleichungen:

Hx(n) = cos [P(n)] · mx(n) + sind[P(n)] · Mz(n), und

Hy(n) = sin [R(n)] · sin[P(n)] · Mx (n) + cos[R(n)] · cos[P(n)] · Mz(n),

worin Hx(n), Hy(n), MX (n), My(n), Mz(n), P(n) und R(n) jeweils Hx, Hy, Mx, My, Mz, P und R zu t = n darstellen, und der Azimutberechner (40508) berechnet ψ(n) des Azimut ψ bei t = n aus Hx(n) und Hy(n) gemäß der folgenden Gleichung:

ψ(n) = -tan&supmin;¹[Hy(n)/Hx(n)],

und der Azimutberechner (40508) berechnet Φ(n) des vorläufigen Gierwinkels ψ bei t = n aus dem ψ(n) und einem anfänglichen Azimutabweichungswinkel ψ(0) gemäß der folgenden Gleichung:

Φ(n) = ψ(n) - ψ(0).

20. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 19, bei dem der Z-Richtungsmagnetkomponentengenerator (40509-40515) aufweist:

einen terrestrischen Magnetismusgenerator (40509, 40510) zum Erzeugen des terrestrischen Magnetismus Ht;

einen Absolutwertberechner (40511) der gegenwärtigen Z- Richtungsmagnetkomponente, der mit dem terrestrischen Magnetgenerator (40509, 40510), dem dritten und dem vierten Analog/Digitalwandler (40505, 40506) verbunden ist, zum Berechnen eines Absolutwertes der Z-Richtungsmagnetkomponente Mz(n) aus dem terrestrischen Magnetismus Ht, dem gegenwärtigen Wert MX(n) und My(n) des ersten und des zweiten zeitseriellen Magneterfassungssignales Mx und My zu t = n gemäß der folgenden Gleichung:

Mz(n) = [Ht² - {Mx(n)² + My(n)²}]1/2;

einen gegenwärtigen Neigungswinkelberechner (40513), der mit dem Orientierungswinkelspeicher (70) und dem Azimutspeicher (40512) verbunden ist, zum Berechnen des gegenwärtigen Neigungswinkels θ2;

einen Vorzeichendefinierer (40514), der mit dem gegenwärtigen Neigungswinkelberechner (40513) verbunden ist, zum Erzeugen eines Vorzeichens (+ oder -) der gegenwärtigen Z- Richtungsmagnetkomponente Mz(n) aus dem gegenwärtigen Neigungswinkel θ2 und dem anfänglichen Neigungswinkel θ0; und

einen Berechner der gegenwärtigen Z-Richtungsmagnetkomponente (40515), der mit dem Absolutwertberechner (40511) der gegenwärtigen Z-Richtungsmagnetkomponente und dem Vorzeichendefinierer (40514) verbunden ist, zum Erzeugen der Z- Richtungsmagnetkomponente Mz(n).

21. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 20, bei dem der terrestrische Magnetismusgenerator (40509, 40510) aufweist:

einen anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher (50509), der selektiv mit dem dritten und dem vierten Analog/Digitalwandler (40505, 40506) durch zwei Schaltelemente (S1, S2) verbunden wird, zum Speichern der anfänglichen terrestrischen X-Richtungs-, Y-Richtungs- und Z- Richtungsmagnetkomponenten Mx(0), My(0) und Mz(0) von dem dritten und vierten. Analog/Digitalwandler (40505, 40506) durch die zwei Schaltelemente (S1, S2), die selektiv zu einer Anfangszeit eingeschaltet werden; und

einen Prozessor (40510), der mit dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher (50509) verbunden ist, zum Verarbeiten der anfänglichen terrestrischen X-Richtungs-, Y-Richtungs- und Z- Richtungsmagnetkomponenten Mx(0), My(0) und Mz(0) in den terrestrischen Magnetismus Ht gemäß der folgenden Gleichung:

Ht = [Mx(0)² + My(0)² + Mz(0)²]1/2,

wobei der Absolutwert Ht als der terrestrische Magnetismus Ht in dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher (40509) gespeichert wird.

22. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 21, bei dem während des anfänglichen Zustandes:

der Orientierungswinkeldetektor einerseits so positioniert ist, daß ein besonderes des ersten und des zweiten terrestrischen Magnetometers (401, 402) parallel zu der Z-Achse der Referenzkoordinate steht, dann ein entsprechendes der zwei Schaltelemente (S1, S2) eingeschaltet wird zum Speichern der terrestrischen Magnetkomponente, die von dem besonderen terrestrischen Magnetometer (401 oder 402) erfaßt ist, in dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher (40509) als die anfängliche terrestrische Z-Richtungsmagnetkomponente Mz(0); und

der Orientierungswinkeldetektor auf der anderen Seite so positioniert ist, daß das erste und das zweite terrestrische Magnetometer (401, 402) parallel zu der X- und Y-Achse der Referenzkoordinate stehen, wenn die zwei Schaltelemente (S1, S2) eingeschaltet werden zum Speichern der terrestrischen Magnetkomponenten, die von dem ersten und dem zweiten Magnetmesser (401, 402) erfaßt sind, in dem anfänglichen terrestrischen Magnetismusspeicher (40509) als die anfängliche terrestrische X- Richtungsmagnetkomponente Mx(0) und die anfängliche terrestrische Y-Richtungsmagnetkomponente My(0).

23. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 20, bei dem der gegenwärtige Neigungswinkelberechner (40513) den gegenwärtigen Neigungswinkel θ2 aus einem Winkelwert ψ(n - 1) des Azimuts ψ bei t = n - 1, der aus dem Azimutspeicher (40512) ausgelesen ist, und den Roll- und Steigungswinkelwerten β(n - 1) und γ(n - 1) des Roll- und Steigungswinkels β und γ, die von dem Orientierungswinkelspeicher (70) ausgelesen sind, gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

θ2 = sin&supmin;¹[aa/(aa² + cc²)1/2],

wobei, aa = cosγ(n - 1) · sinβ(n - 1) · cosψ(n - 1) · sinψ(n - 1) und cc = cosγ(n - 1) · cosβ(n - 1).

24. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 23, bei dem der Vorzeichendefinierer (50514) einerseits das Vorzeichen als positiv (+) definiert, wenn der gegenwärtige Neigungswinkel θ2 größer als anfängliche Neigungswinkel θ0 aber kleiner als 90º ist, und andererseits das Vorzeichen als negativ (-) definiert, wenn der gegenwärtige Neigungswinkel θ2 gleich oder kleiner als der anfängliche Neigungswinkel θ0 ist aber größer als -90º ist.

25. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 2, weiter mit einem statischen Winkelkorrekturdefinierer (50), der mit dem statischen. Winkelberechner (405) und dem Orientierungswinkelberechner (60) verbunden ist, zum Definieren der Genauigkeit des statischen Winkels (P, R, ψ) zum Erzeugen eines Korrektursignales, und worin der Orientierungswinkelberechner (60) auf das Korrektursignal reagiert zum Berechnen eines Korrekturwertes und die integrierte Wertmenge durch den Korrekturwert korrigiert zum Erzeugen einer modifizierten Wertmenge, wobei die modifizierte Wertmenge als der Orientierungswinkel (α, β, γ) geliefert wird.

26. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 25, bei dem der Orientierungswinkelberechner (60) einer ersten bis dritte integrierten Wert ΣΔX, ΣΔY und ΣΔZ gemäß den folgenden Gleichungen berechnet:

ΣΔX(n) = γ(n - 1) + ΔX(n),

ΣΔY(n) = β(n - 1) + ΔY(n) und

ΣΔZ(n) = α(n - 1) + ΔZ(n),

wobei ΔX(n), ΔY(n) und ΔZ(n) der X-Bewegungswinkel ΔX, der Y- Bewegungswinkel ΔY bzw. der Z-Bewegungswinkel ΔZ zu der Zeit t = n sind, und γ(n - 1), β(n - 1) und α(n - 1) der Rollwinkel γ, der Steigungswinkel β bzw. der Gierwinkel α zu einer Zeit t = n - 1 sind, wobei die γ(n - 1), β(n - 1) und α(n - 1) aus dem Orientierungswinkelspeicher ausgelesen sind.

27. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 26, bei dem der Orientierungswinkelberechner (60) nach Empfangen des Korrektursignales einen ersten bis einen dritten Winkelfehler Ex, Ey und Ez durch die folgenden Gleichungen berechnet:

Ex = ΣΔX(n) - R(n),

Ey = ΣΔY(n) - P(n) und

Ez = ΣΔZ(n) - Φ(n),

wobei der Orientierungswinkelberechner (60) weiter einen ersten bis einen dritten Korrekturwert C1, C2 und C3 als den Korrekturwert aus dem ersten bis dritten Winkelfehler bestimmt und den ersten bis dritten modifizierten Wert als den Rollwinkel γ, den Steigungswinkel β und den Gierwinkel α durch die folgenden Gleichungen berechnet:

γ = ΣΔX(n) - C1,

β = ΣΔY(n) - C2 und

α = ΣΔZ(n) - C3,

worin C1, C2 und C3 als Werte kleiner als der erste bis dritte Winkelfehler Ex, Ey bzw. Ez ausgewählt werden.

28. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 27, bei dem die C1, C2 und C3 durch k1 · Ex, k2 · Ey bzw. k3 · Ez bestimmt sind, worin k1, k2 und k3 konstante Werte kleiner als 1 sind.

29. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 27, der weiter einen Korrektionskoeffizientengenerator (80) aufweist, der mit dem statischen Winkelberechner (405) und dem Orientierungswinkelberechner (60) verbunden ist, zum Erzeugen einer Menge von einem ersten bis zu einem dritten Koeffizienten m1, m2 und m3, wobei der erste bis dritte Koeffizient m1, m2 und m3 aus vorbestimmten Differenzwerten als Reaktion auf Winkelwerte des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Rollwinkels R ausgewählt sind, die von dem statischen Winkelberechner (405) empfangen sind, und worin der Orientierungswinkelberechner auf die Menge von dem ersten bis dritten Koeffizienten m1, m2 und m3 zum Modifizieren des ersten bis dritten Korrektionswertes C1, C2 und C3 reagiert durch Multiplizieren des ersten bis dritten Koeffizienten m1, m2 bzw. m3.

30. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 26, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) mit einem statischen Winkelspeicher (501) zum Speichern des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Rollwinkels R versehen ist, die von dem statischen Winkelberechner 8405) empfangen sind, und bei dem der Korrektionsdefinierer (50) den vorläufigen Steigungswinkel P(n) und den vorläufigen Rollwinkel R(n), die zu einer Zeit t = n empfangen sind, mit dem früheren vorläufigen Steigungswinkel P(n - 1) und dem vorläufigen Rollwinkel R(n - 1) zu der Zeit t = n - 1 vergleicht, die aus dem statischen Winkelspeicher (501) gelesen sind, zum Definieren des vorläufigen Steigungswinkels P(n) und des vorläufigen Rollwinkels R(n) als genau, wenn die folgenden zwei Gleichungen (1) und (2) jeweils erfüllt sind:

R(n) - R(n - 1) - B = 0 (1), und

P(n) - P(n - 1) - D = 0 (2),

wobei B und D positive Werte sind, wie sie ausgewählt werden.

31. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 30, bei dem B und D kleine Werte nahe gleich Null (0) sind.

32. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 30, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) mit dem Bewegungswinkelberechner (310) zum Empfangen des X-Bewegungswinkels ΔX(n) und des Y- Bewegungswinkels ΔY(n) verbunden ist, und die B und D so ausgewählt sind, daß sie der X-Bewegungswinkel ΔX(n) bzw. der Y- Bewegungswinkel ΔY(n) sind.

33. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 30, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) weiter den vorläufigen Gierwinkel ψ(t) und den Z-Bewegungswinkel ΔZ(t) von dem statischen Winkelberechner (405) bzw. dem Bewegungswinkelberechner (310) empfängt, wobei der vorläufige Gierwinkel ψ(1) in dem statischen Winkelspeicher (501) gespeichert wird, der Korrektionswinkelde finierer (50) weiter den vorläufigen Gierwinkel ψ(n) und den Z- Bewegungswinkel ΔZ(n) bei t = n und den Gierwinkel ψ(n - 1) bei t = n - 1 bearbeitet, wie aus dem Orientierungswinkelspeicher (501) ausgelesen sind, gemäß der folgenden Gleichung (3):

Φ(n) - Φ(n - 1) - ΔZ(n) = 0 (3),

und den vorläufigen Gierungswinkel ψ(n) als genau definiert, wenn die Gleichung (3) erfüllt ist.

34. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 26, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) mit einem statischen und bewegenden Winkelspeicher (501) zum Speichern des vorläufigen Steigungswinkels B(n) und des vorläufigen Rollwinkels R(n), die von dem statischen Winkelberechner (405) empfangen sind, und des X- Bewegungswinkels ΔX und des Y-Bewegungswinkels ΔY, die von dem Bewegungswinkelberechner (310) empfangen sind, versehen ist und worin der Korrektionsdefinierer (50) ein Bewegungsmittel der Variation des vorläufigen Steigungswinkels P(t), ein Bewegungsmittel der Variation des vorläufigen Rollwinkels R(t), ein Bewegungsmittel des X-Bewegungswinkels ΔX(t) und ein Bewegungsmittel des Y-Bewegungswinkels ΔY(t) berechnet und den vorläufigen Steigungswinkel P(n) und den vorläufigen Rollwinkel R(n) als, genau definiert, wenn die folgenden zwei Gleichungen (1) bzw. (2) erfüllt sind:

[R(n) - R(n - 1)]/C - [ΔX(n) + ΔX(n - 1) + ... + ΔX(n - C + 1)]/C = 0 (1)

[P(n) - P(n - 1)]/C - [ΔY(n) + ΔY(n - 1) + ... + ΔY(n - C + 1)]/C = 0 (2).

35. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 34, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) den vorläufigen Gierwinkel ψ(n) von dem statischen Winkelberechner (405) und den Z-Bewegungswinkel ΔZ von dem Bewegungswinkelberechner (410) in dem statischen und bewegenden Winkelspeicher (501) speichert, worin der Korrektionsdefinierer (50) weiter ein Bewegungsmittel der Variation des vorläufigen Gierwinkels ψ(t), ein Bewegungsmittel des Z- Bewegungsmittel ΔZ(t) berechnet und den vorläufigen Gierwinkel ψ(n) als genau definiert, wenn die folgende Gleichung (3) erfüllt ist:

[Φ(n) - Φ(n - 1)]/C - [ΔZ(n) + ΔZ(n - 1) + ... + ΔZ(n - C + 1)]/C = 0 (3).

36. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 30 oder 34, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) das Korrektursignal erzeugt, wenn mindestens einer des vorläufigen Steigungswinkel P(n) und des vorläufigen Rollwinkels R(n) als genau definiert sind, und der Korrektionsdefinierer (50) ein Nichtkorrektursignal erzeugt, wenn keiner von dem vorläufigen Steigungswinkel und dem vorläufigen Rollwinkel R(n) als genau definiert ist, wobei der Orientierungswinkelberechner (60) auf das Nichtkorrektursignal reagiert zum Erzeugen der integrierten Wertemenge (ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣΔZ(n)) als der Orientierungswinkel (α, β, γ).

37. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 33 oder 35, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) das Korrektursignal erzeugt, wenn der vorläufige Gierwinkel ψ(n) als genau definiert ist aber in keiner Beziehung dazu, ob oder nicht der vorläufige Steigungswinkel und der vorläufige Rollwinkel. R(n) als genau definiert sind, und der Korrektionsdefinierer (50) ein Nichtkorrektursignal erzeugt, wenn keiner von dem vorläufigen Steigungswinkel, dem vorläufigen Rollwinkel R(n) und dem Gierwinkel ψ(n) als genau definiert ist, wobei der Orientierungswinkelberechner (60) auf das Nichtkorrektursignal reagiert zum Erzeugen der integrierten Wertmenge (ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣZ(n)) als den Orientierungswinkel (γ, β, α).

38. Orientierungswinkeldetektor nach einem der Ansprüche 30, 33, 34 und 35, bei dem der Korrektionsdefinierer (50) nach Definieren der Genauigkeit eines besonderen des vorläufigen Rollwinkels R, des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels ψ als das Korrektursignal ein Bezeichnungssignal erzeugt, das für den besonderen des vorläufigen Rollwinkels R, des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels ψ, die als genau definiert sind, erzeugt, und worin der Orientierungswinkelberechner (60) auf das Bezeichnungssignal reagiert zum Modifizieren spezieller des ersten bis dritten integrierten Wertes ΣΔX(n), ΣΔY(n), ΣΔZ(n) entsprechend dem besonderen des vorläufigen Rollwinkels R, des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels ψ unter Benutzung des vorläufigen Steigungswinkels P, des vorläufigen Rollwinkels R und des vorläufigen Gierwinkels ψ zum Erzeugen spezieller modifizierter Werte, wobei der Orientierungswinkelberechner (60) die speziellen modifizieren Werte als die speziellen des Rollwinkels γ, des Steigungswinkels β bzw. des Gierwinkels α liefert, die entsprechend den speziellen des ersten bis dritten integrierten Wertes ΣΔ(n), ΣΔ(n) und ΣΔ(n) sind, und der Orientierungswinkelberechner (60) die verbleibenden, die nicht die speziellen des ersten bis dritten integrierten Wertes ΣΔX(n), ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) sind, als die verbleibenden liefert, die nicht die speziellen des Rollwinkels γ, des Steigungswinkels β und des Gierwinkels α sind.

39. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 16, weiter mit einem dritten Beschleunigungsmesser (406), der parallel zu der Zs-Achse der Detektorkoordinate vorgesehen sind, zum Erzeugen eines dritten Beschleunigungserfassungssignales (Az), worin der statisch Winkelberechner (405) weiter einen zusätzlichen Analog/Digitalwandler (4061) aufweist, der mit dem dritten Beschleunigungsmesser (406) verbunden ist, zum Abtasten des dritten Beschleunigungserfassungssignales (Az) an jedem Abtastintervall St zum Erzeugen von einem dritten zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignal, wobei das dritte zeitserielle Beschleunigungssignal an den Rollwinkelberechner (40504) angelegt ist zum Berechnen des vorläufigen Rollwinkels R.

40. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 39, bei dem das erste, zweite und dritte zeitseriell digitale Beschleunigungssignal durch Ax(t), Ay(t) und Az(t) dargestellt sind, wobei t = n, n - 1, ..., 1 ist, St = n - (n - 1) ist, der vorläufige Steigungswinkel berechner (40504) und der vorläufige Rollwinkelberechner (40503) den vorläufigen Steigungswinkel P und den vorläufigen Rollwinkel R gemäß den folgenden entsprechenden Gleichungen berechnen:

P(n) = sin&supmin;¹Ax(n),

wenn Az > 0,

R(n) = sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)],

wenn Az < 0 und Ax > 0

R(n) = π - sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)], und

wenn Az < 0 und Ax < 0,

R(n) = -π - sin&supmin;¹[Ay(n)/cosP(n)],

wobei P(n), R(n), Ax(n), Ay(N) und Az(n) die P, R, Ax(t) Ay(t) und Az(t) bei t = n darstellen.

41. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 25, weiter mit einem dritten Beschleunigungsmesser (406), der parallel zu der Zs-Achse der Detektorkoordinate vorgesehen ist, zum Erzeugen eines dritten Beschleunigungserfassungssignales (Az), worin der statische Winkelkorrektionsdefinierer (50) das erste, zweite und dritte Beschleunigungserfassungssignal (Ax, Ay, Az) empfängt und einen Absolutwert eines zusammengesetzten Beschleunigungsvektors der Beschleunigung in die Xs-Achsenrichtung, Ys-Achsenrichtung und Zs-Achsenrichtung gemäß der folgenden Formel berechnet:

A = (Ax + Ay + Az)1/2,

wobei der Korrektionsdefinierer (50) das Korrektursignal erzeugt, wenn das A = 1G ist, wobei G die Gravitationsbeschleunigung ist.

42. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 3, weiter mit einer, gedruckten Leiterplatteneinrichtung (201) mit einem ersten und einem zweiten Seitenplattenabschnitt senkrecht zueinander und einem dritten Seitenplattenabschnitt zum Bilden eines rechtwinkligen rechteckigen Zylinders, wobei der erste bis dritte piezoelektrische Keramikvibrator des ersten bis dritten Gyroskops (301, 302, 303) fest auf dem ersten, zweiten bzw. dritten Seitenplattenabschnitt angebracht sind, so daß das erste bis dritte Gyroskop parallel zu der Xs-Achse, Ys-Achse und Zs-Achse der Detektorkoordinate vorgesehen sind.

43. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 42, bei dem die bedruckte Leiterplatteneinrichtung (201) eine Endkante des rechtwinkligen dreieckigen Zylinders aufweist, die sich auf einer einzelnen Ebene erstreckt, wobei sich Anschlüsse (204) von der Endkante zur elektrischen Verbindung mit externen elektrischen Teilen erstrecken.

44. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 43, bei dem der dritte Seitenplattenabschnitt sich in eine Richtung entgegengesetzt zu der Endkante über den ersten und den zweiten Seitenplattenabschnitt hinaus erstreckt.

45. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 44, bei dem die bedruckte Leiterplatteneinrichtung (201) eine einzelne flexible Leiterplatte auf weist, die so gebogen ist, daß sie in den rechteckigen dreieckigen Zylinder mit einem ersten bis einem dritten Seitenplattenabschnitt bildet.

46. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 45, bei dem die flexible bedruckte Leiterplatte (201) zwei Schlitze (202, 203) an gebogenen Abschnitten auf weist, an denen die bedruckte Leiterplatte gebogen ist.

47. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 42, bei dem jeder des ersten bis dritten piezoelektrischen Vibrators aus irgendeinem von piezoelektrischen Keramiken, einem piezoelektrischen Einkristallmaterial und Silizium hergestellt ist.

48. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 1, bei dem die Referenzkoordinate eine dreidimensionale Koordinate mit einer vertikalen Z-Achse und zwei horizontalen Y- und X-Achse ist, und die Detektorkoordinate ist eine andere dreidimensionale Koordinate mit drei orthogonalen Achsen Zs, Ys und Xs entsprechend der Z-, Y- bzw. X-Achse, der Orientierungswinkel durch den Z-Y-X- eulerschen Winkel dargestellt ist, der aus drei Komponenten eines Gierwinkels α, der einen Rotationswinkel um die Z-Achse ist, eines Steigungswinkel β, der ein Rotationswinkel um die Y-Achse ist, und eines Rollwinkels γ, der ein Rotationswinkel um die X- Achse ist, zusammengesetzt ist, wobei der Orientierungswinkel nur zwei des Gierungswinkels α und des Steigungswinkels β als ein zweidimensionaler Orientierungswinkel liefert, worin die Mehrzahl von Gyroskopen ein erstes und ein zweites Gyroskop (302, 303) ist, die parallel zu der Ys- und Zs-Achse vorgesehen sind, zum Messen einer ersten und einer zweiten Winkelgeschwindigkeit (Jy, Jz) um die Ys- bzw. Zs-Achse, der Bewegungswinkelberechner (310') aus der ersten und der zweiten Winkelgeschwindigkeit (Jy, Jz) einen Y-Bewegungswinkel ΔY um die Y-Achse und einen Z-Bewegungswinkel ΔZ um die Z-Achse als zwei Faktoren des Bewegungswinkels berechnet, und worin die zwei terrestrischen Magnetometer ein erstes und ein zweites (401, 402) sind, die parallel zu der Xs- und Ys-Achse vorgesehen sind, zum Erzeugen eines ersten bzw. zweiten Magneterfassungssignales (Mx, My), und der mindestens eine Beschleunigungsmesser ein Beschleunigungsmesser (403) ist, der parallel zu der Xs-Achse vorgesehen ist, zum Erzeugen eines Beschleunigungserfassungssignales (Ax), wobei der statische Winkelberechner (405') einen vorläufigen Steigungswinkel P und einen vorläufigen Gierwinkel ψ als den azimutalen Abweichungswinkel von dem ersten und dem zweiten Magneterfassungssignal (Mx, My) und dem Beschleunigungserfassungssignal Ax berechnet, der vorläufige Steigungswinkel P und der vorläufige Gierwinkel ψ Faktoren des statischen Winkels sind, und worin der Orientierungswinkelberechner (60') eine integrierte Wertmenge von einem ersten und einem zweiten integrierten Wert (ΣΔY, ΣΔZ) durch eine Zeitintegration des Y- Bewegungswinkels ΔY und des Z-Bewegungswinkels ΔZ berechnet und den zweidimensionalen Orientierungswinkel (α, β) aus der integrierten Wertemenge (ΣΔY, ΣΔZ) und dem statischen Winkel erzeugt, wobei der zweidimensionale Orientierungswinkel in einem Orientierungswinkelspeicher (70) gespeichert wird.

49. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 48, bei dem das erste und das zweite Gyroskop (302, 303) Koriolisvibratorgyroskope jeweils mit einem piezoelektrischen Vibrator sind, das erste und zweite Gyroskop (302, 303) eine erste und eine zweite Gyroausgabe (Jy, Jz) erzeugen, die die Winkelgeschwindigkeiten um die Ys- und Zs-Achsen darstellen.

50. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 49, weiter mit einem ersten und einem zweiten Hochpaßfilter (305, 306), die mit dem ersten und dem zweiten Koriolisvibratorgyroskop (302, 303) verbunden sind, zum Ausloschen von Offsetspannungen, die in der ersten und der zweiten Gyroausgabe (Jy, Jz) des ersten und des zweiten Koriolisvibratorgyroskop enthalten sind, zum Erzeugen einer ersten bzw. zweiten Filterausgabe.

51. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 50, bei dem der Bewegungswinkelberechner (310') die erste und die zweite Filterausgabe als ein erstes und ein zweites eingehendes Signal empfängt zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten zeitseriellen Bewegungswinkelsignales (ΔY, ΔZ), die den Bewegungswinkel darstellen, der Orientierungswinkelberechner (60') das erste und das zweite zeitserielle Bewegungswinkelsignal (ΔY, ΔZ) empfängt zum zeitseriellen Erzeugen des Orientierungswinkels, und der Orientierungswinkelspeicher (70) mit dem Orientierungswinkelberechner (60') verbunden ist zum Speichern des Orientierungswinkels, der zeitseriell von dem Orientierungswinkelberechner (60') geliefert wird.

52. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 51, bei dem das erste und das zweite zeitserielle Bewegungswinkelsignal einen zeitseriellen Y-Bewegungswinkel ΔY(t), t = n, (n - 1), (n - 2), ... 1, n - (n - 1) = St, und das zeitserielle Z-Bewegungssignal ΔZ(t) darstellt, wobei der Bewegungswinkelberechner (310') den Y- Bewegungswinkel ΔY(n) und den Z-Bewegungswinkel ΔZ(n) bei t = n gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

worin β(n - 1) der Steigungswinkel β bei t = n - 1 ist, die aus dem Orientierungswinkelspeicher (70) ausgelesen sind, Jy(n) und Jz(n) das erste und das zweite eingehende Signal bei t = n sind.

53. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 51, weiter mit einem ersten und einem zweiten Oszillationsentferner (321, 322), die das erste und das zweite Hochpaßfilter (305, 306) mit dem Bewegungswinkelberechner (310') verbinden, zum Entfernen von Rauschen, das in der ersten und der zweiten Gyroausgabe (Jy, Jz) aufgrund der Oszillation des Detektors selbst enthalten ist.

54. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 53, bei dem der erste und der zweite Oszillationsentferner (321, 322) wirksam sind zum Herstellen eines ersten und eines zweiten Zeitmittels der ersten und der zweiten Filterausgabe über eine vorbestimmte Zeitdauer und zum Vergleichen des ersten und des zweiten Zeitmittels mit einem ersten bzw. zweiten vorbestimmten Schwellenwert, wobei der erste und der zweite Oszillationsentferner (321, 322) zeitweilig Teile der ersten und der zweiten Filterausgabe entfernen, wenn das erste und das zweite Zeitmittel kleiner als der erste bzw. zweite Schwellenwert ist, zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten bearbeiteten Signales, wobei das erste und das zweite bearbeitete Signal an den Bewegungswinkelberechner (310') als das erste und das zweite eingehende Signal geliefert werden.

55. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 48, bei dem der statische Winkelberechner (405') einen ersten Analog/Digitalwandler (40501), der mit dem Beschleunigungsmesser (403) verbunden ist, zum Abtasten der Beschleunigungserfassungssignale (Ax) in jedem Abtastintervall St zum Erzeugen eines zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignales, einen vorläufigen Steigungswinkelberechner (40504), der mit dem ersten Ana log/Digitalwandler (40501) verbunden ist, zum Berechnen des vorläufigen Steigungswinkels P aus dem zeitseriellen digitalen Beschleunigungssignal aufweist.

56. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 55, bei dem das zeitserielle digitale Beschleunigungssignal durch Ax(t) dargestellt ist, worin t = n, n - 1, ..., 1, ist, St = n - (n - 1) ist, der vorläufige Steigungswinkelberechner (50504) den vorläufigen Steigungswinkel gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

P(n) = sin&supmin;¹Ax(n), und

worin P(n) und Ax(n) P und Ax(t) zu t = n darstellen.

57. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 55, bei dem der statische Winkelberechner (405') einen zweiten und einen dritten Analog/Digitalwandler (40505, 40506), die mit dem ersten und dem zweiten terrestrischen Magnetometer (401, 402) verbunden sind, zum Abtasten des ersten und des zweiten Magneterfassungssignales Mx und My in jedem Abtastintervall St zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten zeitseriellen digitalen Magneterfassungssignales, einen Azimutberechner (40508), der mit dem zweiten und dritten Analog/Digitalwandler (40505, 40506) verbunden ist, zum Berechnen eines Azimuts ψ aus dem ersten und dem zweiten zeitseriellen digitalen Magneterfassungssignal zum Erzeugen eines vorläufigen Gierwinkels ψ als den azimutalen Abweichungswinkel, aufweist.

58. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 57, der weiter aufweist einen statischen Winkelkorrektionsdefinierer (50'), der mit dem statischen Winkelberechner (405 ') und dem Orientierungswinkelberechner (60') verbunden ist, zum Definieren einer Genauigkeit des statischen Winkels (P, ψ), zum Erzeugen eines Korrektursignales, und worin der Orientierungswinkelberechner (60') auf das Korrektur signal reagiert zum Berechnen eines Korrekturwertes und, die integrierte Wertemenge mit dem Korrekturwert korrigiert zum Erzeugen einer modifizierten Wertemenge, wobei die modifizierte Wertemenge als der zweidimensionale Orientierungswinkel (α, β) liefert.

59. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 58, bei dem der Orientierungswinkelberechner (40') einen ersten und einen zweiten integrierten Wert ΣΔY und ΣΔZ gemäß den folgenden Gleichungen berechnet:

ΣΔY(n) = β(n - 1) + ΔY(n) und

ΣΔZ(n) = α(n - 1) + ΔZ(n),

worin ΔY(n) und ΔZ(n) ein Y-Bewegungswinkel ΔY bzw. ein Z- Bewegungswinkel ΔZ zu einer Zeit t = n sind, und β(n - 1) und α(n - 1) der Steigungswinkel β bzw. der Rollwinkel α zu einer Zeit t = n - 1 sind, wobei β(n - 1) und α(n - 1) aus dem Orientierungswinkelspeicher (70) ausgelesen sind.

60. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 59, bei dem der Orientierungswinkelberechner (60') nach dem Empfangen des Korrektursignales einen ersten und einen zweiten Winkelfehler Ey und Ez durch die folgenden Gleichungen berechnet:

Ey = ΣΔY(n) - P(n) und

Ez = ΣΔZ(n) - Φ(n),

der Orient ierungswinkelberechner (601) weiter einen ersten und einen zweiten Korrekturwert C1 und C2 als die Korrekturwerte aus dem ersten und dem zweiten Winkelfehler bestimmt und den ersten und den zweiten modifizierten Wert als den Steigungswinkel β und den Gierwinkel α durch die folgenden Gleichungen berechnet:

β = ΣΔY(n) - C1 und

α = ΣΔZ(n) - C2,

worin C1 und C2 als Werte kleiner als der erste bzw. der zweite Winkel fehl er Ey und Ez ausgewählt sind.

61. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 60, bei dem C1 und C2 durch k1 · Ey bzw. k2 · Ez bestimmt sind, wobei k1 und k2 konstante Werte kleiner als 1 sind.

62. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 59, bei dem der Korrektionsdefinierer (50') mit dem Bewegungswinkelberechner (310') verbunden ist, der Korrektionsdefinierer (50') ein Bewegungsmittel einer Variation des vorläufigen Steigungswinkels P(t), ein Bewegungsmittel des Y-Bewegungswinkels ΔY(t), ein Bewegungsmittel der Variation des vorläufigen Gierwinkels ψ(t) und ein Bewegungsmittel des Z-Bewegungswinkels ΔZ(t) berechnet und den vorläufigen Steigungswinkel P(n) und den vorläufigen Gierwinkel ψ(n) als genau definiert, wenn die folgenden zwei Gleichungen (1) und (2) erfüllt sind:

[P(n) - P(n - 1)]/C - [ΔY(n) + ΔY(n - 1) + ... + ΔY/n - C + 1))]/C = 0 (1)

und

[Φ(n) - Φ(n - 1)]/C - [ΔZ(n) + ΔZ(n - 1) + ... + ΔZ(n - C + 1)]/C = 0 (2).

63. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 62, bei dem der Korrektionsdefinierer (50') das Korrektursignal erzeugt, wenn mindestens einer von dem vorläufigen Steigungswinkel und dem vorläufigen Gierwinkel ψ(n) als genau definiert ist, und der Korrektionsdefinierer (50') ein Nichtkorrektursignal erzeugt, wenn keiner des vorläufigen Steigungswinkels P(n) und des vorläufigen Gierwinkels ψ(n) als genau definiert ist, wobei der Orientierungswinkelberechner (60') auf das Nichtkorrektursignal reagiert zum Erzeugen der integrierten Wertemenge (ΣΔY(n) und ΣΔZ(n)) als den zweidimensionalen Orientierungswinkel (β, α).

64. Orientierungswinkeldetektor nach Anspruch 62, bei dem der Korrektionsdefinierer (50') nach dem Definieren der Genauigkeit eines speziellen des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels ψ als das Korrektursignal ein Bezeichnungssignal erzeugt, das den speziellen des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels ψ darstellt, der als genau definiert ist, und worin der Orientierungswinkelberechner (60') auf das Bezeichnungssignal reagiert zum Modifizieren eines speziellen des ersten und des zweiten integrierten Wertes ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) entsprechend dem speziellen des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierwinkels ψ durch Benutzen des vorläufigen Steigungswinkels P und des vorläufigen Gierungswinkels ψ zum Erzeugen des speziellen modifizierten Wertes, der Orientierungswinkelberechner (60') den speziellen modifizierten Wert als den speziellen des Steigungswinkels β bzw. des Gierwinkels α liefert, der dem speziellen des ersten und des zweiten integrierten Wertes ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) entspricht, und der Orientierungswinkelberechner (60') den verbleibenden anderen als den speziellen des ersten und des zweiten integrierten Wertes ΣΔY(n) und ΣΔZ(n) als den verbleibenden anderen als den speziellen des Steigungswinkels β und des Gierwinkels α liefert.