FR2511145A1

FR2511145A1 - Appareil gyroscopique pour la determination de la direction du nord

Info

Publication number: FR2511145A1
Application number: FR8213830A
Authority: FR
Inventors: Uwe Krogmann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1981-08-06
Filing date: 1982-08-05
Publication date: 1983-02-11
Also published as: GB2103364A; DE3131111A1; FR2511145B1; GB2103364B; DE3131111C2

Abstract

APPAREIL COMPRENANT UN GYROSCOPE MERIDIEN 12 SUSPENDU DANS UN CARTER AVEC UNE PRISE DETECTANT LA DEVIATION (A) PAR RAPPORT A UNE REFERENCE, UN PRODUCTEUR DE COUPLE SOLIDARISANT LE GYROSCOPE DE SA POSITION DE REFERENCE DE DEVIATION NULLE (A) ET UN MONTAGE D'EXPLOITATION DU SIGNAL DE DETECTION COMPRENANT UN FILTRE. APPAREIL CARACTERISE PAR UN FILTRE KALMAN 52 QUI SOLIDARISE LE GYROSCOPE AVEC SA POSITION DE REFERENCE, ET SUR LEQUEL SONT APPLIQUEES, COMME SIGNAL D'ENTREE DE FILTRE, LA DIFFERENCE ENTRE LE SIGNAL (MG) CONNECTE AU PRODUCTEUR DE COUPLE ET UNE VALEUR ESTIMEE DE CE SIGNAL (MG) FOURNIE PAR LE FILTRE KALMAN. DISPOSITION ASSURANT L'ELIMINATION DES INFLUENCES EXTERIEURES PERTURBATRICES ET UNE DETECTION PLUS RAPIDE ET PLUS PRECISE DE LA DIRECTION DU NORD.

Description

î 2511145

La présente invention concerne un appareil gyrosco-

pique pour la détermination de la direction du nord, comprenant: a) un gyroscope méridien suspendu dans un carter, b) une prise qui répond à une déviation du gyroscope méridien par rapport à une référence du carter, c) un producteur de couple de rotation lequel cl) agit sur le gyroscope méridien autour de l'axe vertical, et qui c 2) est chargé par le signal de la prise dans le sens d'une liaison de blocage du gyroscope méridien avec la référence de carter, d) un montage pour l'exploitation du signal, lequel dl) est chargé par le signal connecté sur la prise, d 2) contient un filtre, et

d 3) délivre un signal filtré qui représente la dé-

viation par rapport à la référence de Nord du carter. D'après le brevet DE C 1 941 808, on connait un appareil gyroscopique pour la détermination de la

direction du Nord, pou Ivu d'un gyroscope méridien suspen-

du à une bande dans un carter, dans lequel est prévue une prise pour la production d'un signal en fonction de la déviation d'azimut du gyrc 3 cope par rapport à une référence de carter fournie par la position nulle de la bande Sur le gyroscope méridien agit un producteur de couple de rotation lequel est chargé par le signal de

la prise, à travers un amplificateur à haute amplifica-

tion Ce producteur de couple exerce sur le gyroscope méridien un couple de rotation autour de l'axe d'azimut, qui agit en opposition avec le couple de rotation produit par la rotation de la terre, qui oriente l'axe de torsion du gyroscope vers le Nord Le gyroscope méridien ne pivote plus alors avec son axe de torsion en direction du Nord, ce qui serait une procédure trop longue, car le

2 2511145

gyroscope suspendu à une bande constitue un système oscillant pratiquement non amorti avec longue période d'oscillation Au contraire le gyroscope méridien est solidarisé électriquement à la référence de carter, c'est-à-dire à la position nulle de la bande Le couple de rotation à exercer pour cela sur le gyroscope méridien est proportionnel au couple d'orientation du gyroscope et il est ainsi, pour de petits angles entre axe de

torsion du gyroscope et le Nord, proportionnel à cet angle.

Si l'on peut, lors d'une amplification suffisamment grande du signal délivré sur la prise, négliger l'angle entre axe dé torsion du gyroscope et référence de carter, le couple de rotation du producteur de couple est proportionnel à

l'angle compris entre la référence de carter et le Nord.

On peut admettre que le producteur de couple de rota-

tion fonctionne linéairement, de telle sorte que le signal amplifié de la prise est une mesure pour cet angle entre la référence de carter et le Nord Ce signal peut 9 tre utilisé pour une indication de la direction du Nord (DE B 20 08 702) ou dans des buts de navigation

(DE B 25 45 025).

Grâce à la solidarisation électrique du gyroscope

méridien, la période d'oscillation du système est consi-

dérablèment raccourcie Il est alors possible, par comparaison avec des gyroscopes méridiens antérieurement connus, à suspension à bande libre, de déterminer en un

temps plus court l'écart par rapport au Nord, c'est-à-

dire l'angle entre référence de carter et Nord Malgré cela, il existe encore un espace de temps de longueur indésirable avant que soit établie effectivement une valeur stationnaire pour la direction du Nord D'autre part, cette mesure est influencée par d'autres facteurs perturbateurs.

En vue d'éliminer l'influence de telles perturba-

tions extérieures, il est connu d'appliquer le signal connecté au producteur de couple de rotation, servant de

3 2511145

mesure pour l'écart par rapport au Nord, sur un conver-

tisseur analogique-numérique qui délivre un signal nu-

mérique correspondant à ce signal d'écart Ce signal numérique est appliqué sur une calculatrice qui est prévue pour la formation d'une valeur moyenne, grâce à

laquelle l'influence des perturbations est amoindrie.

Etant donné que cette formation de valeur moyenne est

récurrente, on est assuré de disposer relativement rapi-

dement d'une valeur de mesure (DE A 25 45 026 et DE A 26 18 868 ainsi que brevet US 40 75 764) Dans le cas o la valeur de mesure est, au départ, selon certaines circonstances, frappée d'une erreur, elle est cependant améliorée par la formation de la valeur moyenne Un filtre passe-bas est généralement monté en amont du convertisseur

analogique-numérique.

La présente invention a pour but, avec un appareil gyroscopique du type décrit plus haut, de raccourcir encore davantage le temps au bout duquel est obtenue une valeur de mesure de précision désirée, et de réduire

l'influence de perturbations mécaniques sur la mesure.

Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que: e) le filtre est un filtre Kalman, el) lequel constitue le système de gyroscope méridien solidarisé pour son blocage, e 2) sur lequel est appliquée, comme premier signal d'entrée de filtre, la différence entre le signal

(Mg) provenant du producteur de couple de rota-

tion et une valeur estimée (Mg) du signal livré

par le filtre Kalman.

Dans un filtre Kalman, le système qui délivre la grandeur de mesure est constitué par un modèle Une valeur

estimée produite par un tel modèle pour l'une des gran-

deurs de mesure est alors comparée avec la valeur réellement mesurée de cette grandeur de mesure dans le système, et un signal d'entrée de filtre est formé à

4 2511145

partir de la différence obtenue par cette comparaison.

Ces signaux d'entrée de filtre, multipliés par des fonc-

tions dépendantes du temps appropriées, sont délivrés sur des moyens d'intégration et ils modifient les paramètres du modèle jusqu'à ce que les signaux d'entrée de filtre disparaissent Le modèle correspond alors à la réalité et il est possible d'obtenir avec lui des valeurs estimées pour des grandeurs de mesure du système, telles que, par exemple, dans le cas présent, une valeur de l'angle do

compris entre la référence de l'appareil et le Nord.

Il a été constaté que, grâce à l'emploi d'un tel

filtre,,de Kalman pour la détermination d'une valeur es-

timée c Lo pour l'angle d'écart entre la référence de

l'appareil et le Nord dans un appareil conforme à l'in-

vention, par rapport à l'appareil comme décrit, on obtient

une amélioration importante, aussi bien du point de vue.

du temps de stabilisation de l'appareil que de la ré-

duction des perturbations mécaniques.

L'invention prévoit différents modes de réalisation

caractéristiques.

La description ci-après se rapporte à un exemple

de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective de la constitution mécanique de l'appareil gyroscopique de l'invention, la figure 2 est un schéma par blocs montrant la relation entre les différentes valeurs de mesure de l'appareil gyroscopique et du filtre Kalman pour le traitement du signal,

la figure 3 montre le processus de réglage dans un appa-

reil gyroscopique connu et dans un appareil gyroscopique pourvu d'un filtre Kalman, et la figure 4 montre l'influence du processus de réglage de position par des perturbations extérieures, dans le

2 2511145

cas d'un appareil gyroscopique connu et dans le cas de

l'appareil avec filtre Kalman.

L'appareil gyroscopique comprend un carter 10 dans lequel est suspendu un gyroscope méridien 12 à un mât 14, au moyen d'une bande 16 Le carter 10 définit un système de coordonnées avec l'axe vertical z et les axes x et y qui lui sont perpendiculaires et sont perpendiculaires entre eux L'axe y constitue alors une référence de l'appareil Lorsque le gyroscope méridien 12 se trouve avec son axe de torsion gyroscopique 18, dans le plan

déterminé par l'axe y et l'axe x, la bande 16 est déten-

due sans torsion et cette position est désignée comme po-

sition nulle de bande L'écart du gyroscope méridien 12 par rapport à la référence d'appareil y est détectée au moyen d'une prise de prélèvement 20 qui est indiquée ici comme un potentiomètre Le signal de cette prise est

connecté, à travers un amplificateur 22, à pouvoir d'am-

plification élevé, à un producteur de couple de rotation 24 L'axe de torsion du gyroscope est désigné par la

référence 26.

Les relations expliquées dans la suite utilisent les références cidessous relatives aux éléments de la figure 1

O(, = angle d'azimut entre axe de torsion du gyros-

o O A 6 c o( m r cope 26 et le Nord angle d'azimut entre la référence de carter y et le Nord écart entre l'axe de torsion du gyroscope 26 et la référence de carter angle de site de l'axe de torsion du gyroscope 26 = constante élastique de rotation de la suspension par bande = masse du pendule gyroscopique formé par le gyroscope méridien 12 = longueur du pendule gyroscopique = accélération terrestre

6 2511145

= moment d'inertie du pendule gyroscopique autour de l'axe x = moment d'inertie du pendule gyroscopique autour de l'axe z = torsion gyroscopique = vitesse angulaire de la rotation de la terre = latitude géographique = signal amené par l'amplificateur 22 sur le producteur de couple de rotation 24 = H we sin 9 MN = H we cos V = facteur d'amplification de l'amplificateur VFR(s) =V 1 + TD S = fonction de transmission de R (s)=v 1 + T 1 s l'amplificateur s Kik (iîk V Mg V Ei A Mo Wv Wz = variable de la transformée de Laplace = 1, 2, 3 > 4) = fonctions dépendantes du temps = variance du processus de bruit de fond de mesure du signal appliqué sur le producteur de couple de rotation = variance du processus de bruit de fond de l'écart entre l'axe de déviation gyroscopique 26 et la référence de carter =moment de perturbation autour de l'axe de site Z = moment de perturbation autour de l'axe des x = couches de puissance des interventions de bruit de fond dans le système Dans la partie supérieure de la figure 2, l'appareil gyroscopique désigné dans son ensemble par la référence 28

est représenté sous la forme d'un schéma par blocs.

L'équation donnant les moments autour de l'axe z (fig 1) est la suivante: Ix Iz H We Mg o 10 Mv

7 2511145

Iz i =s Mi Hwe y HFc + C<l A ( 1) est donc égal à la somme des moments agissant

autour de l'axe vertical z, à savoir les moments pertur-

bateurs Md,, du moment d'orientation gyroscopique Hwe cos ç sin oi, du moment gyroscopique, dû à une vitesse de rotation autour de l'axe x, HF, ainsi que du moment de rotation exercé par le producteur de couple 24 et la bande 16 sur le gyroscope méridien 12 Ce dernier moment est proportionnel à l'angle o L A dont l'axe de déviation gyroscopique 26 est décalé par rapport à la référence de carter Le facteur de proportionnalité contient, d'une part, le degré d'amplification de l'amplificateur 22 (dans lequel, pour simplification, est compris le facteur du producteur de couple 24) Le degré d'amplification de l'amplificateur 22 possède un comportement dans le temps exprimé par une fonction FR(s) avec une fonction de transmission qui est indiquée comme facteur dans l'équation

( 1) (mathématiquement non exactement correcte).

Comme équation du moment autour de l'axe x on a Uj = + Hwe sin î + H& mrg sin ( 2) x P est à nouveau égal à la somme des moments

agissant autour de l'axe x, à savoir les moments pertur-

bateurs MP dus à des influences extérieures, le moment

gyroscopique Hwe sin q, qui est à attribuer à la com-

posante verticale de rotation de la terre, un moment gy-

roscopique Hij dû aux vitesses de rotation ij autour de l'axe vertical z, ainsi qu'un moment pendulaire à signe inversé P = mrg sin P, qui se produit lors d'une

déviation du gyroscope 12 avec le mât 14 hors de la direc-

tion verticale, et ainsi hors d'une déviation de l'axe

de pivotement gyroscopique 26 hors du plan horizontal.

Etant donné qu'il s'agit d'un gyroscope lourd, o et, c'est-à-dire la nutation, peuvent être négligés Dans le cas d'une orientation fine, c'està-dire lorsque l'axe de torsion gyroscopique 26 déjà dirigé essentiellement vers le Nord c L o est petit, on peut remplacer sin d par L et sin ó par 9 Les équations ( 1) et ( 2) deviennent alors des équations de modèle linéaires: Hi = P MV WV ( 3) H, = M Ni -Mg + Wz ( 4) avec le moment de compensation, agissant sur le signal du producteur de couple 24, de formule: Mg (s) = (V FR (s) + C")" A (s) ( 5) La constante d'élasticité à la rotation C est négligeable, car le degré d'amplification V est, dans la pratique supérieur de trois dizaines pourcent à C À Les couples perturbateurs M 3 et MOL sont désignés dans les équations ( 3) et ( 4) comme signaux stochastiques

v et WZ.

Ces équations de modèle ( 3) et ( 4) sont représentées dans le schéma par blocs de la figure 2, dans la partie supérieure. Un point de somme 30 est représenté par l'équation ( 4) L'écart d entre l'axe d'inclinaison du gyroscope 26 et le Nord, qui apparait, comme on le voit, au point 32

du schéma, est multiplié par MN = Hw cos q comme repré-

senté par le bloc 34 dans le schéma Ce produit apparalt avecle signe négatif au point de somme Un autre élément d'addition au point de somme est le moment de rotation

Mg livré par le producteur de couple 24, qui est propor-

tionnel à la déviation c L A de l'axe gyroscopique 26 (avec angle d'azimut o) par rapport à la référence de

2 2511145

carter (avec angle d'azimut " 0) et qui apparait au point 36 du schéma Cet angle d'écart i O qui est obtenu à

partir de la prise 20 est multiplié par le facteur d'am-

plification de l'amplificateur 22, comme représenté par le bloc 37, et il apparait également avec signe négatif au point de somme 30 Le troisième élément d'admission,

qui agit au point de somme, est la grandeur W qui re-

présénte le moment perturbateur autour de l'axe z D'après l'équation ( 4) le point de somme 30 donne la valeur de somme H 3 L'écart de l'axe de torsion gyroscopique par rapport au Nord, en azimut, c'est-à-dire autour de l'axe z provoque ainsi une vitesse angulaire 3 autour de l'axe x (figure 1) Cette vitesse angulaire est obtenue à partir du signal de somme au point 30, par division par H, ce qui

est représenté par un bloc 36 L'angle P de déviation au-

tour de l'axe des x est obtenu par intégration représentée par un bloc 38 L'axe de torsion gyroscopique 26 tend alors, pour un anglecd en azimut par rapport au Nord, à

modifier son angle de site Cet angle provoque cepen-

dant, conformément à l'équation ( 3), par le moment pen-

dulaire P = m r g, une vitesse angulaire autour de l'axe d'azimut z. Un point de somme 40 dans la figure 2 représente

l'équation ( 3) L'angle de sitc (, qui résulte de l'in-

tégration symbolisée par le bloc 38 (effectué par le système) est multiplié par P = m r g et le produit obtenu agit avec son signe positif au point de somme 40 En outre, le couple MV = Hwe sin ' avec signe négatif agit comme couple perturbateur MV Au point de somme 40, Hs

est alors obtenu d'après l'équation ( 3) La vitesse an-

gulaire d autour de l'axe d'azimut z est obtenue par division par H, ce qui est représenté par le bloc 44 Par intégration de la vitesse angulaire O, dans le bloc 46,

on obtient d au point 32.

2511145

Un point de somme 48 représente la prise 20, o est formée la différence angulaire i O entre la référence de carter et le Nord, et la différence angulaire " entre l'axe de déviation gyroscopique 26 et le Nord, et qui délivre la valeur d A Une grandeur We O (t) = représente des perturbations stochastiques de W o qui, intégrées dans le bloc 50, fournissent l'angle > Comme valeur de début d'intégration est prescrite la valeur

e O O (to).

Ce schéma par blocs représente ainsi, sous forme linéarisée, l'appareil gyroscopique 28 de la

figure 1.

Un montage d'exploitation de signal contient un

filtre Kalman 52 qui est représenté dans la partie in-

férieure de la figure 2 Ce filtre Kalman 52 forme le modèle d'appareil gyroscopique 28 représenté par le schéma par blocs Il fournit des valeurs évaluées pour les différentes grandeurs, qui sont caractérisées par un indice supérieur en forme de toit A Par exemple Mg est une valeur estimée pour le couple de rotation exercé sur le gyroscope méridien par le producteur de couple 24, et elle représente le signal recueilli sur

le producteur de couple Comme première grandeur d'en-

trée de filtre, on utilise la différence entre le signal Mg et la valeur estimée Mg délivrée par le filtre Kalman 52. Facultativement on peut utiliser, comme second signal d'entrée de filtre, la différence entre un signal représentant l'écart entre OLA du gyroscope 12 et le signal de référence de carter y, et une valeur estimée 0 A de ce signal délivrée par le filtre Kalman 52 Cela

est représenté en traits interrompus dans la figure 2.

Les signaux d'entrée de filtre sont multipliés par des facteurs dépendants du temps et sont intégrés, et les paramètres du modèle sont modifiés par l'intégrale

11 2511145

jusqu'à ce que les signaux d'entrée de filtre dispa-

raissent On peut, pour cela, partir du fait que le modèle ainsi modifié correspond au système réel, de telle sorte

que les valeurs estimées prélevées sur le modèle repro-

duisent les grandeurs réelles existant dans le système.

Dans l'exemple de réalisation choisi, le filtre Kalman 52 présente la structure suivante: Dans un premier point de somme 54, est formée la différence entre un premier signal qui représente une

valeur estimée Mg pour le signal connecté sur le pro-

ducteur de couple de rotation 24, et un second signal qui représente la valeur estimée, multiplié par Hwe cos cp de l'angle entre l'axe de torsion gyroscopique 26 et le

Nord, expression dans laquelle H est la torsion gyrosco-

pique, we la vitesse angulaire de rotation terrestre, et q la latitude géographique La différence obtenue est

divisée par la torsion H comme indiqué par le bloc 56.

Dans un second point de somme 58 est formée la somme de la différence, divisée par la torsion H, du premier point de somme 54, et du premier signal d'entrée de filtre

multiplié par un facteur dépendant du temps K 22, la mul-

tiplication étant représentée par le bloc 60 La somme formée au second point de somme 58 est intégrée au moyen d'un dispositif intégrateur 62 Le signal ainsi obtenu, qui représente une valeur estimée 3 pour l'angle de site de l'axe de torsion gyroscopique 26, est multiplié par un facteur P = mrg, comme représenté par le bloc 64, m étant la masse du gyroscope méridien 12, r la longueur du pendule gyroscopique (figure 1) et g l'accélération

terrestre.

Dans un troisième point de somme 66, est formée la somme de l'intégrale multipliée par P des moyens d'intégration 62 et d'un signal Mv = Hwe sin c La somme formée dans ce troisième point de somme 66 est divisée par la torsion gyroscopique H comme indiqué par le

bloc 68.

1 1 1 45

Dans un quatrième point de somme 70, est formée la somme de la valeur, divisée par la torsion H, du troisième point de somme 66 et du premier signal d'entrée de filtre multiplié par un facteur dépendant du temps, ce facteur K 12 étant représenté par le bloc 72 La somme formée dans ce quatrième point 70 est intégrée par des

moyens d'intégration 74, le signal obtenu représente-

A la valeur estiméee K de l'angle compris entre l'axe de torsion gyroscopique et le Nord, lequel, modifié par le facteur MN = Hw e cos p représenté par le bloc 76, est soustrait dans le premier point de somme 54 Le premier signal d'entrée de filtre est multiplié par un facteur dépendant du temps K rpr nt par le bloc 78, et est ensuite intégré dans le bloc 80, pour donner un signal estimé pour l'angle compris entre la référence de

carter et le Nord.

Dans un cinquième point 82 est formée la diffé-

rence entre la somme intégrée du quatrième point 70, et le premier signal d'entrée de filtre multiplié -par le facteur K 32 et intégré On obtient un signal qui représente une valeur estimée LA pour la déviation du

gyroscope 12 par rapport à la référence de carter.

Dans un sixième point 84 est formée la somme du signal multiplié par le facteur VTD qui a été obtenu T 1 au point 86 par la division de la somme du troisième point 66 par la torsion gyroscopique H, de la différence v au cinquième point 52, multipliée par un facteur _, T 1 du signal d'entrée de filtre multiplié par le facteur dépendant du temps K 42, ainsi que de la valeur estimée A Mg, avec signe négatif, multipliée par un facteur 1, du signal appliqué au producteur de couple 24 Le facteur D est alors symbolisé par le bloc 88, le T 1 facteur V par le bloc 90, le facteur K 42 par le T 1

13 2511145

bloc 92, et le facteur par le bloc 94 La somme T 1 ainsi formée dans le sixième point est intégrée par des moyens 96, pour obtenir la valeur estimée Mg du signal

appliqué sur le producteur de couple 24.

Facultativement, il est possible, dans le second point de somme 58, d'ajouter le second signal d'entrée de filtre, multiplié, avec un facteur dépendant du temps K 21, représenté par le bloc en pointillé 98 Ce second signal est constitué, comme mentionné plus haut, par la différence entre un signal représentant l'écart du gyroscope 12 par rapport à la référence de carter y, et une valeur estimée & A de ce signal fournie par le filtre Kalman Dans le quatrième point 70, serait alors additionné le second signal d'entrée de filtre multiplié en supplément, avec un facteur dépendant du temps K 11 représenté par le bloc 100 en pointillé Grâce aux moyens d'intégration 80, qui délivrent une valeur estimée i, de l'angle entre la référence de carter y et le Nord, le second signal d'entrée de filtre, multiplié, en outre, par un facteur dépendant du temps K 31, est intégré Le facteur K 31 est symbolisé par le bloc 102 Enfin, en ce sixième point de somme 84, est ajouté le second signal d'entrée de filtre, multiplié avec un facteur dépendant

du temps K 41, représenté par le bloc 104.

Pour la formation du premier signal d'entrée de filtre, il est formé dans un huitième point de somme 106, la somme comprenant le signal Mg appliqué réellement sur le producteur de couple 24, avec un signe négatif, la valeur estimée Mg, délivrée par le filtre Kalman, de ce signal appliqué sur le producteur de couple 24, et un signal V Mgs qui représente la variance du processus de bruit de fond de mesure du signal appliqué sur le producteur de couple 24 Pour la formation du second signal d'entrée de filtre, on forme, dans un neuvième

14 2511145

point de somme 108, la somme comprenant le signal * A$ livré par la prise 20, représentant l'écart entre le gyroscope méridien 12 et la référence de carter y, avec signe négatif, la valeur estimée o LA délivrée par le filtre Kalman 52, de ce signal représentant l'écart ci-dessus, ainsi qu'un signal V o LA représentant la variance du processus de bruit de fond de mesure repré sentant l'écart entre le gyroscope et la référence de carter. Comme on le voit, le filtre Kalman 52 constitue le système linéarisé de l'appareil-gyroscopique 28 Les

blocs 88, 90, 94 avec l'intégrateur 96 sont une repro-

duction de l'amplificateur 22 dont la fonction de transmission est donnée par V +R (s)= +TD S ( 6) 1 + T 1 s Ce modèle est représenté par les signaux d'entrée de filtre des points de somme 106 et 108 avec facteurs dépendant du temps, représentés par les blocs 60, 98 e 72, 100, 102, 78, 92 et 104, qui sont appliqués sur les intégrateurs 62, 74, 80 et 96, est modifié jusqu'à ce que les signaux d'entrée de filtre disparaissent et que le

modèle soit ainsi adapté à la réalité.

Les figures 3 et 4 montrent les avantages obtenus par rapport à l'état de la technique par la constitution conforme à l'invention des dispositifs de traitement de signaux. La figure 3 montre, par la courbe 110 la valeur réelle de l'angle o L O entre la référence de carter et le Nord La courbe 112 montre comment l'indication d'un appareil constitué suivant la DE C 1 941 808 parvient à cette valeur -lorsque le signal Mg appliqué sur le producteur de couple 24 est dirigé simplement, pour son traitement, sur un filtre passe-bas La courbe 114 montre la formation de la valeur de mesure lorsqu'il est

2511145

prévu, en plus du filtre passe-bas un filtre à valeur moyenne conformément au brevet US 4 075 764 Enfin la courbe 116 montre le mode d'indication de la valeur réelle en utilisant le filtre Kalman 52 décrit On voit que le traitement du signal est environ trois fois plus rapide que dans le cas de l'état de la technique Ce traitement assure une évaluation de l'angle dt avec précision rigoureuse 1, après environ 20 secondes, tandis que, avec la disposition connue on obtient, après 60 secondes, une précision seulement de 3 La figure 4 montre les résultats obtenus du point de vue atténuation des perturbations extérieures en

comparaison avec les-solutions connues.

La courbe 118 montre la valeur réelle de l'angle d O. La courbe 120 montre la variation de la valeur estimée A lors d'apparition de perturbations lorsque le signal est simplement dirigé sur un filtre passe- bas La courbe 112 montre la variation dans le cas d'une môme perturbation, lors de l'emploi d'un filtre passe-bas avec filtre à valeur moyenne suivant le brevet US 4 075 764 Enfin

la courbe 124 montre le même phénomène dans le cas d'em-

ploi d'un filtre Kalman, conformément à l'invention

2 2511145

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1 Appareil gyroscopique pour la d 6 termination de la direction du Nord du type comprenant (a) un gyroscope méridien ( 12) suspendu dans un carter

( 10)

(b) une prise ( 20) qui répond a une déviation ( A) du gyroscope méridien par rapport à une référence (y) du carter (c) un producteur de couple ( 24), lequel (cl) agit sur le gyroscope méridien ( 12) autour de l'axe vertical (z) (c 2) est chargé par le signal de la prise ( 20) dans le sens d'une solidarisation du gyroscope méridien ( 12) avec la position de référence (y) de carter, et (d) un montage d'exploitation de signal, qui (dl) est chargé par le signal (Mg) connecté à la prise ( 20) (d 2) contient un filtre, et (d 3) délivre un signal filtré qui représente la déviation ( OC 0) de la réf 6 rence de carter (y) par rapport à la direction du Nord appareil caractérisé en ce que (e) le filtre est un filtre Kalman ( 52), (el) qui constitue le système de solidarisation de freinage du gyroscope ( 12), (e 2) et sur lequel sont appliquées, comme premier signal d'entrée de filtre, la différence entre le signal (Mg) appliqué au producteur de couple et une valeur estimée (Mg) de ce signal, fournie

par le filtre Kalman.

17 2511145

2 Appareil suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que sur le filtre Kalman, est, en outre, con-

necté, comme second signal d'entrée de filtre, un signal ( W-A) représentant l'écart du gyroscope méridien ( 12) par rapport à la référence de carter, et une valeur estimée ( <^A) de ce signal qui est fournie par le filtre

Kalman ( 52).

3 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre Kalman ( 52) possède la structure

suivante: -

(a) dans un premier point de somme ( 54), est formée la différence

(a,) entre un premier signal, qui représente une va-

leur estimée (Mg) du signal connecté sur le pro-

ducteur de couple ( 24), et

(a 2) un second signal qui représente la valeur esti-

mée (d), de l'angle d'écart entre l'axe de torsion ( 26) du gyroscope et le Nord, multiplié par Hwe cos q H étant la déviation gyroscopique, We la vitesse de rotation de la terre, et f la latitude géographique

(b) cette différence est divisée par la torsion gyros-

copique H (c) dans un second point de somme ( 58), est formée la somme (cl) de la différence provenant du premier point de somme ( 54) divisée par H, et (c 2) du premier signal d'entrée multiplié par un facteur K 22 dépendant du temps (d) la somme formée au second point de somme ( 58) est intégrée par des moyens d'intégration ( 62), (e) le signal ainsi obtenu, qui représente une valeur

18 2511145

A estimée f pour l'angle de site de ltaxe de torsion du gyroscope, est multiplié par un facteur P = m r g m étant la masse du gyroscope méridien r la longueur du pendule gyroscopique et g l'accélération terrestre (f) dans un troisième point de somme ( 66), est formée la somme de (f 1) l'intégrale formée par les moyens d'intégration ( 62), et multipliée par P, et (f 2) d'un signal Mv = Hwe sin (g) cette somme étant divisée par la torsion gyroscopique H (h) dans un quatrième point de somme ( 70), est formée la somme de (hl) la valeur obtenue dans le troisième point et divisée par la torsion gyroscopique H, et (h 2) du premier signal d'entrée de filtre multiplié par un facteur (K 12) dépendant du temps (i) la somme formée dans le quatrième point de somme ( 70) est intégrée par des moyens d'intégration ( 74), de sorte A que le signal obtenu représente la valeur estimée ( d) de l'angle entre axe de torsion gyroscopique ( 26) et le Nord (j) le premier signal d'entrée de filtre est (j 1) multiplié par un facteur (K 32) dépendant du temps et est alors (j 2) intégré par des moyens d'intégration ( 80) pour donner un signal qui représente la valeur estimée () de l'angle entre la référence de carter (y) et le Nord (k) dans un cinquième point de somme ( 82) est formée la différence entre

19 2511145

(kl) la somme intégrée dans le quatrième point ( 70) et (k 2) le premier signal d'entrée de filtre intégré et multiplié par le facteur de temps (K 32), pour donner un signal qui représente une valeur estimée ( o A) pour la déviation du gyroscope méridien ( 12) par rapport à la référence de carter (y) ( 1) dans un sixième point de somme ( 84) est formée la somme ( 11) du signal,multiplié par un facteur ( VT), obtenu T 1 par la division de la somme du troisième point de somme ( 66) par la torsion gyroscopique H ( 12) de la différence, multipliée par un facteur ( V), T 1 du cinquième point de somme ( 82), ( 13) du signal d'entrée de filtre multiplié par un facteur de temps (K 42), ainsi que ( 14) de la valeur estimée, de signe négatif, multipliée par un facteur ( 1) Mg du signal connecté au Tl producteur de couple ( 24) (m) la somme formée dans le sixième point de somme ( 84) est intégrée par des moyens ( 96), de telle sorte qu'on A obtient la valeur estimée Mg du signal (Mg) connecté au producteur de couple ( 24)

4 Appareil suivant l'une quelconque des revendica-

tions 2 et 3, caractérisé en ce que (n) dans le second point de somme ( 58) est, en outre, ajouté le second signal d'entrée de filtre multiplié par un facteur de temps (K 21) (o) dans le quatrième point de somme ( 70) est, en outre, ajouté le second signal d'entrée de filtre multiplié par un facteur de temps (K 11)

2511145

(p) les moyens d'intégration ( 80) qui délivrent une valeur estimée A) de l'angle entre référence de carter (y) et le Nord, intègrent en supplément le second signal d'entrée de filtre multiplié par un facteur de temps (K 1), et (q) dans le sixième point de somme ( 84) est ajouté-en supplément, le second signal d'entrée de filtre

multiplié par un facteur de temps (K 141).

Appareil suivant la revendication 4, caracté- risé en ce que (r) pour la formation du premier signal d'entrée de filtre, il est formé, dans un huitième point de somme ( 106) la somme

(r 1) du signal Mg connecté effectivement au produc-

teur de couple ( 24)

(r 2) de la valeur estimée Mg, à signe négatif, dé-

livrée par le filtre Kalman, du signal appliqué sur le producteur de couple ( 24) et (r 3) d'un signal qui représente la variance du bruit de fond du processus de mesure du signal appliqué sur le producteur de couple ( 24), et (s) la formation du second signal d'entrée de filtre est réalisée par formation, en un neuvième point de somme ( 108), de la somme ( 51) du signal ( & A) représentant l'écart entre le gyroscope méridien ( 12) et la référence de carter (y) ( 52) de la valeur estimée ( AA) livrée par le filtre Kalman ( 52), à valeur négative, de ce signal représentant cet écart, et (s 3) d'un signal qui représente la-variance du bruit

de fond du processus de mesure de cet écart.